[논문 리뷰] Updates on SM predictions of $|V_{cb}|$ and $R(D^{*})$ in $B o D^{*}\ell u_\ell$ decays

Sneha Jaiswal, Soumitra Nandi외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 02. 13.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 23인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 최신 벨레 협동연구의 미분 붕괴 분포 데이터를 사용하여 B → D*ℓνℓ 붕괴에서 R(D*)의 표준모형 예측을 갱신하고, 동시에 베이지안 피팅 프레임워크를 통해 |Vcb|를 추출한다. 갱신된 표준모형 예측값인 R(D*)는 0.251 (4/5)이며, 세계 평균값과 약 3σ 수준에서 일치한다. 또한 B → D*τντ 붕괴에서의 각도 관측량에 대한 예측도 포함되어 있으며, FL(D*)의 측정값과 2σ 수준에서 양호한 일치를 보인다.

ABSTRACT

We update the standard model (SM) predictions of $R(D^*)$ using the latest results on the decay distributions in $B o D^* \ell u_{\ell}$ ($\ell = \mu, e$) by Belle collaboration, while extracting $|V_{cb}|$ at the same time. Depending on the inputs used in the analysis, we define various fit scenarios. Although the central values of the predicted $R(D^*)$ in all the scenarios have reduced from its earlier predictions in 2017, the results are consistent with each other within the uncertainties. In this analysis, our prediction of $R(D^*)$ is consistent with the respective world average at $\sim 3\sigma$. We have also predicted several angular observables associated with $B o D^* au u_{ au}$ decays. We note that the predicted $F_L(D^*)$ is consistent with the corresponding measurement at 2$\sigma$. Utilizing these new results, we fit the Wilson coefficients appearing beyond the standard model of particle physics (BSM). To see the trend of SM predictions, we have utilized the recently published preliminary results on the form-factors at non-zero recoil by the lattice groups like Fermilab-MILC and JLQCD and predicted the observables in $B o D^* \ell u_{\ell}$, and $B o D^* au u_{ au}$ decays.

연구 동기 및 목표

• 논문은 최신 실험 데이터를 활용하여 B → D*ℓνℓ 붕괴에서 R(D*)의 표준모형 예측 정밀도를 향상시키는 것을 목표로 한다.
• 신규 벨레 측정값과 격자 형상인자 입력을 통합하여 |Vcb|의 불확실성을 감소시키는 것을 목표로 한다.
• 특히 저반동 영역에서의 불일치가 새로운 물리학을 시사할 수 있으므로, 표준모형 예측과 실험 데이터의 일관성을 평가한다.
• 형상인자 매개변수화 방법과 격자 입력의 영향을 R(D*) 및 각도 관측량에 미치는 영향을 조사한다.
• R(D*) 및 각도 분포의 이심에 기반한 모형 독립적 분석을 통해 새로운 물리학 윌슨 계수에 대한 제약 조건을 탐색한다.

제안 방법

• 저자들은 모든 알려지지 않은 매개변수를 확률 분포를 가진 랜덤 변수로 간주하는 베이지안 통계 프레임워크를 사용하여 B → D*ℓνℓ의 미분 붕괴 분포를 피팅한다.
• 형상인자에 대해 Caprini-Lellouch-Neubert (CLN) 및 BGL 매개변수화를 사용하며, 비영속 운동량에서의 Fermilab-MILC 및 JLQCD 격자 QCD 결과를 통합한다.
• 분석은 q² 영역에 따른 베일 2019년 데이터의 미분 분포율에 피팅하며, MILC 및 JLQCD의 격자 입력과도 병합한다.
• 피팅된 형상인자를 사용하여 B → D*τντ 붕괴에서 FL(D*)와 같은 각도 관측량을 계산하고 실험 측정값과 비교한다.
• 과적합을 방지하고 정확도를 높이기 위해 최적의 BGL 계수 수를 결정하기 위해 Akaike 정보 기준(AIC)을 적용한다.
• R(D*) 및 각도 분포의 관측된 이심에 대해 벡터, 스칼라, 텐서 연산자의 윌슨 계수를 피팅하여 새로운 물리학 제약 조건을 도출한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최신 베일 2019년 데이터의 미분 붕괴 분포를 사용하여 R(D*)의 갱신된 표준모형 예측은 무엇인가?
• RQ2 이전의 빈도주의 방법에 비해 베이지안 피팅 접근법을 사용할 경우 |Vcb|와 R(D*)의 불확실성은 어떻게 변화하는가?
• RQ3 B → D*τντ 붕괴에서의 R(D*) 및 각도 관측량에 대한 예측은 현재 실험 측정값과 어느 정도 일치하는가?
• RQ4 MILC 및 JLQCD의 격자 QCD 형상인자는 저반동 및 고반동 영역에서 실험 데이터와 얼마나 일치하는가?
• RQ5 지속적인 R(D*) 이심을 고려할 때, B → D*ℓνℓ 붕괴에서 새로운 물리학 윌슨 계수에 대해 어떤 제약 조건을 설정할 수 있는가?

주요 결과

• 갱신된 표준모형 예측값인 R(D*)는 0.251 (4/5)이며, 이는 이전 추정치보다 감소했고, 세계 평균값 0.258 ± 0.005와 약 3σ 수준에서 일치한다.
• 오직 베일 데이터만을 사용할 경우 추출된 |Vcb| 값은 39.37 (107/121) × 10⁻³이며, 2017년 분석에 비해 불확실성이 크게 감소했다.
• 장축 분포율 FL(D*)의 예측값은 2σ 수준에서 측정값과 일치하지만, 실험 중심값보다 略적으로 낮다.
• 격자 QCD 형상인자(MILC 및 JLQCD)의 예측은 고반동 영역에서 데이터 기반 피팅과 양호한 일치를 보였지만, 저반동 영역에서는 약 3–4σ 정도의 불일치가 나타났다.
• 분석 결과, 가장 유리한 새로운 물리학 시나리오는 왼쪽 편향 벡터 쿼크 전류 연산자이며, 오른쪽 편향 스칼라 전류는 데이터에 의해 기각된다.
• LCSR를 사용하지 않고 격자 입력만을 사용한 결과 R(D*) = 0.252 (6/7)를 도출하였으며, 데이터 기반 피팅과 일치하여 표준모형 예측의 입력 방법에 관계없이 강건함을 확인하였다.