[논문 리뷰] The Angular Distribution of B0-> K*0(->K-pi+)l+l- at Large Recoil in and Beyond the SM

Joaquim Matias|arXiv (Cornell University)|2005. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 표준모형(SM)을 초월한 새로운 물리학을 탐구하기 위해 B⁰ → K*⁰(→K⁻π⁺)l⁺l⁻ 붕괴의 낮은 이론량 질량 영역에서의 각도 분포를 조사한다. 주로 전단 비대칭 Aₜ⁽¹⁾(s)과 Aₜ⁽²⁾(s)에 초점을 맞추며, 이는 강한 상호작용에 의한 불확실성에 매우 강건하다. 연구는 이러한 비대칭이 카이랄 반전 자기 펜터 연산자 O′₇를 통해 오른쪽 수동 전류를 탐지하는 데 이상적인 도구임을 보여주며, NLL 차수에서조차 형상인자 불확실성에 거의 민감하지 않아, αK* 또는 FL/FT와 같은 다른 관측량보다 새로운 물리학 탐지에 더 뛰어나다는 것을 입증한다.

ABSTRACT

We discuss, in detail, the K* polarization states in the exclusive B meson decay B0-> K*0(-> K-pi+)l^+l^- (l=e, \mu, au) in the low dilepton mass region. We focus on the study of the angular distribution of this decay that provides valuable information on the K* spin amplitudes A_perp, A_par, A0. This can give us a handle on non-standard interactions that cannot be proved through measurements of the branching ratio and lepton forward-backward asymmetry. We explore the transverse asymmetries A_T^1(s), A_T^2(s), K* polarization parameter \alpha_{K*}(s), the fraction of K* polarization F_L(s) and F_T(s) and the corresponding integrated observables at NLL order, including factorizable and non-factorizable corrections. We find, in particular, that the dependence on hadronic uncertainties for the transverse asymmetries turns out to be very small. This allow us to distinguish which observables are better suited to look for physics beyond the SM. Finally, we study in a model independent way the implications of New Physics for these observables.

연구 동기 및 목표

• 표준모형(SM)을 초월한 새로운 물리학에 가장 민감한 B⁰ → K*⁰(→K⁻π⁺)l⁺l⁻ 붕괴의 관측량을 규명하기 위해.
• 절대 형상인자 대신 전단성분의 비율에 초점을 맞춰 강한 상호작용 불확실성을 최소화하기 위해.
• 핵심 관측량인 Aₜ⁽¹⁾(s), Aₜ⁽²⁾(s), αK*(s), FL(s), FT(s)에 대한 NLL 보정 및 이론적 불확실성의 영향을 평가하기 위해.
• 특히 O′₇ 및 O′₉,₁₀ 연산자를 통해 효과 해밀토니안에 오른쪽 수동 전류 기여를 모델에 의존하지 않고 분석하기 위해.
• 낮은 이론량 질량 영역에서 광자 극점에 의해 지배되는 상황에서, SM 예측과 새로운 물리학 효과를 가장 잘 구별할 수 있는 관측량을 규명하기 위해.

제안 방법

• b → s l⁺l⁻ 전이를 기술하기 위해 O₇, O₉, O₁₀ 및 그 카이랄 반전 형태인 O′₇, O′₉, O₁₀ 연산자를 포함한 효과 해밀토니안 접근법을 사용한다.
• 큰 반동 한계에서 형상인자 ξ⊥ 및 ξ∥를 사용하여 1차 순서에서 전단성분 A⊥ 및 A∥를 계산하며, 인과적 및 비인과적 αs 보정을 통해 NLL 보정을 통합한다.
• 각도 분포는 s(이론량 질량), θl, θK*, φ의 네 개의 운동량 변수로 기술되며, 미분 붕괴율은 9개의 불변량 Ii(s, θK*)와 각도 함수 fi(θl, φ)의 합으로 표현된다.
• 핵심 관측량은 전단성분의 비율로 정의되며, Aₜ⁽¹⁾(s) 및 Aₜ⁽²⁾(s)은 전단 비대칭, αK*(s)는 편광, FL(s), FT(s)는 편광 분율을 의미한다.
• Wilson 계수 Ceff₇, Ceff₉, Ceff₁₀에 대한 NLL 보정을 포함하며, 형상인자 T₁, T₂, V, A₁ 등은 QCD 합 규칙과 무거운 쿼크 대칭 관계를 통해 평가된다.
• BR(B → Xsγ)와 광자 극점에 의해 지배되는 낮은 s 영역에 의해 제약을 받는 오른쪽 수동 전류 기여를 Ceff₇′ 및 Ceff₉,₁₀에 도입하여 모델에 의존하지 않는 NP 분석을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 B⁰ → K*⁰(→K⁻π⁺)l⁺l⁻ 붕괴에서 낮은 이론량 질량 영역에서 어떤 관측량이 강한 상호작용 불확실성에 가장 강건한가?
• RQ2 NLL 보정은 전단 비대칭 Aₜ⁽¹⁾(s) 및 Aₜ⁽²⁾(s)에 어떤 영향을 미치며, 이로 인해 새로운 물리학에 대한 민감도가 크게 변화하는가?
• RQ3 Aₜ⁽¹⁾ 및 Aₜ⁽²⁾은 O′₇ 연산자에서 오는 오른쪽 수동 전류 효과와 SM 기여를 어느 정도 잘 구별할 수 있는가?
• RQ4 αK*(s), FL(s), FT(s)는 편광에 민감하지만, 왜 새로운 물리학 탐지에 덜 적합한가?
• RQ5 NP가 Ceff₉,₁₀에 최대 20% 기여하는 경우에도 Aₜ⁽¹⁾ 및 Aₜ⁽²⁾을 통해 오른쪽 수동 전류 기여의 부호와 크기를 추출할 수 있는가?

주요 결과

• 전단 비대칭 Aₜ⁽¹⁾(s) 및 Aₜ⁽²⁾(s)은 형상인자 오차 및 NLL 보정을 포함한 강한 상호작용 불확실성에 거의 영향을 받지 않아, 새로운 물리학 탐지에 매우 강건한 도구이다.
• NLL 차수에서 Aₜ⁽¹⁾(s) 및 Aₜ⁽²⁾(s)는 이론적 불확실성에 안정되어 있으며, Aₜ⁽¹⁾(s)는 광자 극점 근처에서 급격한 상승을 보이고, Aₜ⁽²⁾(s)는 Ceff₇′의 부호에 민감하다.
• 2mμ ≤ Mμ⁺μ⁻ ≤ 2.5 GeV 영역에서 Aₜ⁽¹⁾의 통합값은 0.9986 ± 0.0002로, 거의 최대 전단 비대칭을 나타낸다.
• Aₜ⁽²⁾의 통합값은 −0.043 ± 0.003이며, SM 예측과 일치하며, Ceff₇′의 부호에 민감하다. 이는 오른쪽 수동 전류의 핵심 징후이다.
• 반면 αK*(s) 및 FL(s), FT(s)는 ξ⊥(0) 형상인자의 불확실성에 크게 영향을 받아, 새로운 물리학 탐색에 한계가 있다.
• Ceff₉,₁₀에 최대 20%의 새로운 물리학 기여가 있을 경우에도 Aₜ⁽¹⁾ 및 Aₜ⁽²⁾은 O′₇에 대한 오른쪽 수동 전류 기여의 크기와 부호를 효과적으로 추출할 수 있어, 새로운 물리학 탐지 도구로서의 우수성을 확인한다.