[논문 리뷰] The $b o sl^+ l^{-1}$ Anomalies And Their Implications For New Physics

Sébastien Descotes–Genon, Javier Virto외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 05. 19.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 22인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 LHCb, CMS, ATLAS 데이터를 사용하여 b → sℓ⁺ℓ⁻ 붕괴에서 윌슨 계수의 글로벌 피팅을 제시하며, 특히 큰 음수의 C9에 대한 강력한 증거(4σ 이상)를 제시하고, 고에너지 스케일의 새로운 물리학과 QCD 효과를 구별한다. 또한 렙톤-플레버 비일관성에 대한 선호도를 보이며, 새로운 물리학이 뮤온에만 결합한다는 것을 확인한다.

ABSTRACT

Recently, the LHC has found several anomalies in exclusive semileptonic b --> s l^+ l^- decays. In this proceeding, we summarize the most important results of our global analysis of the relevant decay modes. After a discussion of the hadronic uncertainties entering the theoretical predictions, we present an interpretation of the data in terms of generic new physics scenarios. To this end, we have performed model-independent fits of the corresponding Wilson coefficients to the data and have found that in certain scenarios the best fit point is prefererred over the Standard Model by a global significance of more than 4{\sigma}. Based on the results, the discrimination between high-scale new physics and low-energy QCD effects as well as the possibility of lepton-flavour universality violation are discussed.

연구 동기 및 목표

• 관측된 b → sℓ⁺ℓ⁻ 붕괴의 이상 현상, 즉 P′₅, RK, Bs → φμ⁺μ⁻ 편차의 기원을 조사하기 위해.
• 이상 현상이 새로운 물리학인지, 캄프 루프와 같은 저에너지 QCD 효과인지 확인하기 위해.
• RK 이상 현상을 설명하는 데 있어 렙톤-플레버 일관성 위반의 타당성을 평가하기 위해.
• 최신 실험 데이터를 사용하여 C′₉, C′₁₀, C′₇의 윌슨 계수에 대한 모델에 의존하지 않는 글로벌 피팅을 수행하기 위해.
• q²에 따른 피팅을 통해 고에너지 스케일의 새로운 물리학 기여와 비추상적 QCD 보정 기여를 분리하기 위해.

제안 방법

• LHCb, CMS, ATLAS의 배타적 b → sℓ⁺ℓ⁻ 붕괴 실험 데이터에 대해 윌슨 계수 C′₉, C′₁₀, C′₇의 글로벌 피팅을 수행한다.
• 강화된 기법을 사용하여 양자 chromodynamics(Lattice QCD)와 경로-근사 합규칙을 활용한 형상 인자의 불확실성과 비추상적 캄프 루프의 영향을 추정한다.
• QCD의 고반동 대칭성을 적용하여 저q² 영역에서 형상 인자 의존성을 감소시킨다.
• q² 구간에 걸쳐 C′₉의 구간별 피팅을 수행하여 q²에 독립적인 새로운 물리학의 징후인지 테스트한다.
• μ⁺μ⁻와 e⁺e⁻에 별개의 새로운 물리학 결합을 允허하는 이중 매개변수 피팅을 수행하여 렙톤-플레버 일관성 위반을 테스트한다.
• 통계적 안정성을 향상시키기 위해 이론적 및 실험적 상관관계를 피팅에 통합한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 윌슨 계수 C′₉에 대한 단일 새로운 물리학 기여가 여러 b → sℓ⁺ℓ⁻ 붕괴 모드에서 관측된 이상 현상을 설명할 수 있는가?
• RQ2 P′₅ 관측치에서 관측된 이상 현상은 q²에 독립적인 새로운 물리학 기여인지, 아니면 q²에 의존적인 QCD 효과인지 일치하는가?
• RQ3 RK 이상 현상은 새로운 물리학이 뮤온에만 선호적으로 결합하는 렙톤-플레버 비일관성의 징후인가?
• RQ4 데이터는 고에너지 스케일의 새로운 물리학과 캄프 루프와 같은 저에너지 QCD 효과를 구별할 수 있는가?
• RQ5 최적 피팅된 새로운 물리학 시나리오의 유의미성은 표준모형 대비 어떻게 평가되는가?

주요 결과

• 윌슨 계수의 글로벌 피팅 결과, 새로운 물리학이 표준모형보다 더 우세하며 유의미성이 4σ를 초과한다.
• 최적 피팅 시나리오는 B → K*μ⁺μ⁻ 및 Bs → φμ⁺μ⁻를 포함한 여러 붕괴 모드에서 일관된 큰 음수의 C′₉ 기여를 선호한다.
• C′₉의 구간별 피팅 결과는 q² 구간 간 일관성이 있으며, QCD 효과보다는 q²에 독립적인 새로운 물리학 기여를 지지한다.
• 데이터는 이상 현상에 대해 q²에 의존적인 캄프 루프 설명을 기각하며, 구간 간 일관된 C′₉ 값을 선호한다.
• RK 이상 현상(0.745 ± 0.090⁻⁰.⁰⁷⁴)은 QCD 효과만으로는 설명될 수 없으며, 렙톤-플레버 비일관성의 징후로 해석된다.
• 이중 매개변수 피팅 결과, 새로운 물리학이 오직 μ⁺μ⁻에만 결합하는(전자 기피성) 시나리오가 유리하며, 이는 표준모형에 대한 당김을 유니버설 경우 대비 약 0.5σ 증가시킨다.