[논문 리뷰] Semileptonic B Decays as a Probe of New Physics

Walter D. Goldberger|ArXiv.org|1999. 02. 11.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 표준모형을 초월한 새로운 물리학의 신호가 될 수 있는 반레프톤 B 붕괴에서의 편차를 연구하기 위해 차원-6 사fer미온 연산자를 사용하는 모형에 의존하지 않는 효과적 장 이론 프레임워크를 개발한다. 포함형(B→Xℓν)과 배제형(B→D(*)ℓν) 붕괴율에 대한 수정항을 계산하며, 새로운 물리학 상호작용을 특성화하는 측정 가능한 매개변수로 표현하고, B-팩토리 데이터가 가용해지기 이전에도 기존 데이터로 일부 매개변수를 이미 제약 조건에 둘 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

Physics beyond the Standard Model could be measured indirectly, through its effects on Standard Model observables. One place to look for such effects is in the semileptonic decays of B mesons. In order to constrain the possible role of new physics on semileptonic B decays, we present the most general low energy effective Lagrangian constructed from all dimension six four-fermion operators that contribute to the process b-> c l- nu. We then use it to compute the corrections due to new physics to the differential decay rates for the exclusive processes B-> D(*) l- nu, as well as the inclusive decays B-> X l- nu. Both inclusive and exclusive rates are expressed in terms of a set of parameters that characterize the types of four-fermion interactions that can be induced by physics beyond the Standard Model. Although it is not particularly useful to carry out a full analysis until data from the next generation of B factories becomes available, here we illustrate how the existing experimental results can be used to constrain some of these parameters.

연구 동기 및 목표

• 차원-6 사fer미온 연산자를 통해 반레프톤 B 붕괴에 기여할 수 있는 모든 가능한 새로운 물리학 기여를 식별하고 분류하기.
• b→cℓν 전이에서 가능한 모든 새로운 물리학 효과를 포괄하는 일반적인 저에너지 효과적 라그랑지안을 구성하기.
• 새로운 물리학 상호작용으로 인한 포함형(B→Xℓν)과 배제형(B→D(*)ℓν) 붕괴율에 대한 수정항을 계산하기.
• 새로운 사fer미온 상호작용의 유형을 특성화하는 최소한의 매개변수 집합으로 이러한 수정항을 표현하기.
• 기존 실험 데이터가 어떻게 새로운 물리학 매개변수를 제약 조건에 두는지 보여주기.

제안 방법

• b→cℓν 전이에 기여하는 모든 차원-6 사fer미온 연산자를 포함하는 일반적인 효과적 라그랑지안을 구성하기.
• 연산자 곱 전개와 무거운 쿼크 효과 이론(HQET)을 사용하여 효과적 라그랑지안을 물리적 붕괴율과 연결하기.
• 차원-6 연산자의 윌슨 계수를 기반으로 포함형 및 배제형 반레프톤 B 붕괴의 미분 붕괴율을 계산하기.
• 사fer미온 상호작용의 강도와 구조를 기술하는 실수 매개변수 집합을 통해 새로운 물리학 효과를 매개변수화하기.
• 브랜칭 비율과 운동학적 분포에 대한 기존 실험 데이터를 적용하여 이러한 매개변수의 允許 범위를 제약 조건에 두기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 반레프톤 B 붕괴(b→cℓν)에 영향을 줄 수 있는 모든 가능한 차원-6 사fer미온 연산자는 무엇인가?
• RQ2 새로운 물리학 기여가 B→D(*)ℓν 및 B→Xℓν의 미분 붕괴율에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 이 붕괴에서 새로운 물리학 상호작용의 유형을 특성화하는 측정 가능한 매개변수들은 무엇인가?
• RQ4 기존 실험 데이터가 새로운 물리학 연산자의 윌슨 계수를 어느 정도 제약 조건에 두는가?
• RQ5 새로운 물리학 존재 시 포함형과 배제형 붕괴율 수정항은 어떻게 상호 연관되어 있는가?

주요 결과

• 논문은 b→cℓν 전이에 영향을 주는 모든 가능한 차원-6 사fer미온 연산자를 식별하여 새로운 물리학 효과를 위한 완전한 기저를 구성한다.
• 포함형 및 배제형 반레프톤 B 붕괴의 미분 붕괴율에 대한 표현식을 새로운 물리학 상호작용을 특성화하는 실수 매개변수 집합으로 유도한다.
• 붕괴율 수정항은 새로운 사fer미온 상호작용의 구조와 강도에 따라 달라지며, 이는 어떤 특정 모형에 의존하지 않고 독립적으로 매개변수화된다.
• B-팩토리 데이터 세트가 완전히 확보되기 이전에도 반레프톤 B 붕괴에 대한 기존 실험 데이터로 일부 새로운 물리학 매개변수에 비현실적인 제약 조건을 이미 둘 수 있다.
• 이 프레임워크는 향후 반레프톤 붕괴 관측량에서의 편차를 새로운 물리학의 신호로 모형에 의존하지 않고 해석할 수 있는 방법을 제공한다.