[論文レビュー] 331 Models Facing the Tensions in $\Delta F=2$ Processes with the Impact on $\varepsilon^\prime/\varepsilon$, $B_s o\mu^+\mu^-$ and $B o K^*\mu^+\mu^-$

Andrzej J. Buras, Fulvia De Fazio|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 40被引用数 14

ひとこと要約

この論文は、新規の格子QCD結果を用いて、331モデル（特にM8、M9、M16）が∆F = 2過程における緊張をどのように解消できるかを調査している。|Vcb| = 0.040の場合、これらのモデルはε′/εを最大7×10⁻⁴まで増幅可能であり、MZ′ = 3 TeVでBs → μ⁺μ⁻を20%抑制できる。一方、|Vcb| = 0.042の場合と比較して、NP効果は顕著に大きくなる。CKMパラメータと格子入力の重要性が浮き彫りになる。

ABSTRACT

Motivated by the recently improved lattice QCD results on the hadronic matrix elements entering $\Delta M_{s,d}$ in $B_{s,d}^0-\bar B_{s,d}^0$ mixings and the resulting increased tensions between $\Delta M_{s,d}$ and $\varepsilon_K$ in the Standard Model and CMFV models, we demonstrate that these tensions can be removed in 331 models based on the gauge group $SU(3)_C imes SU(3)_L imes U(1)_X$ both for $M_{Z^\prime}$ in the LHC reach and well beyond it. But the implied new physics (NP) patterns in $\Delta F=1$ observables depend sensitively on the value of $|V_{cb}|$. Concentrating the analysis on three 331 models that have been selected by us previously on the basis of their performance in electroweak precision tests and $\varepsilon^\prime/\varepsilon$ we illustrate this for $|V_{cb}|=0.042$ and $|V_{cb}|=0.040$. We find that these new lattice data still allow for positive shifts in $\varepsilon^\prime/\varepsilon$ up to $6 imes 10^{-4}$ for $M_{Z^\prime}=3~TeV$ for both values of $$|V_{cb}|$ but for $M_{Z^\prime}=10~TeV$ only for $|V_{cb}|=0.040$ such shifts can be obtained. NP effects in $B_s o\mu^+\mu^-$ and in the Wilson coefficient $C_9$ are significantly larger in all three models for the case of $|V_{cb}|=0.040$. In particular in two models the rate for $B_s o\mu^+\mu^-$ can be reduced by NP by $20\%$ for $M_{Z^\prime}=3~TeV$ resulting in values in the ballpark of central values from CMS and LHCb. In the third model a shift in $C_9$ up to $C_9^ ext{NP}=-0.5$ is possible. We also consider the simplest 331 model, analyzed recently in the literature, in which $X=Y$, the usual hypercharge. We find that in this model NP effects in flavour observables are much smaller than in the three models with $X ot=Y$, in particular NP contributions to the ratio $\varepsilon^\prime/\varepsilon$ are very strongly suppressed.

研究の動機と目的

• 更新された格子QCD結果を用いて、331モデルが標準模型（SM）におけるεKと∆Ms,dの緊張を解消できるかどうかを評価すること。
• 改善されたハドロン行列要素の影響がε′/ε、Bs → μ⁺μ⁻、およびB → K*μ⁺μ⁻観測量に与える影響を評価すること。
• 特定の331モデル内での|Vcb|の値が、∆F = 1および∆F = 2過程におけるNP寄与にどのように影響するかを検討すること。
• 新規の格子データおよびCKMデータを踏まえて、3つの331モデル（M8、M9、M16）と最も単純な331モデル（M0）の妥当性を比較すること。
• NP効果が格子QCD入力と正確なCKMパラメータの両方にどのように依存するかを示すこと。

提案手法

• 電弱精度テストおよびε′/εとの整合性から事前に選択された3つの331モデル（M8、M9、M16）を分析する。
• Fermilab LatticeおよびMILCの最新の格子QCD結果を用いて、B0s,d−B̄0s,d混合行列要素を計算する。
• Z′媒介FCNCの文脈で、ε′/ε、Bs → μ⁺μ⁻の分支比、およびウィルソン係数C9とC10へのNP寄与を計算する。
• MZ′を3 TeVから10 TeVまで変化させ、|Vcb|を0.040から0.042の間で変動させ、数値解析を実施する。
• X ≠ Yを満たす3つのモデルと、X = Yを満たす最も単純な331モデル（M0）のNP効果を比較する。
• |Vub|の値として0.0036と0.0042を用いて、NP効果の依存性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 X ≠ Yを満たす331モデルは、新規の格子QCDデータを用いてεKと∆Ms,dの緊張を解消できるか？
• RQ2 M8、M9、M16モデルにおいて、|Vcb|とMZ′がε′/εへのNP寄与にどのように影響するか？
• RQ3 |Vcb|がこれらのモデルにおけるBs → μ⁺μ⁻およびC9のNP効果に与える影響は何か？
• RQ4 最も単純な331モデル（M0）におけるNP効果は、M8、M9、M16と比べてどう異なるか？
• RQ5 格子QCD入力とCKMパラメータが、331モデルにおけるNP効果にどの程度影響を与えるか？

主な発見

• |Vcb| = 0.040およびMZ′ = 3 TeVの場合、NPはε′/εを最大7×10⁻⁴まで増幅可能であるが、|Vcb| = 0.042の場合は変動が最大6×10⁻⁴にとどまる。
• MZ′ = 3 TeVで、M8およびM9ではBs → μ⁺μ⁻の分支比が20%抑制され、理論がCMSおよびLHCbのデータに近づく。
• M16では、C9に最大CNP9 = −0.5のシフトを誘導可能であり、B → K*μ⁺μ⁻の異常を緩和する。
• |Vcb| = 0.040の場合、Bs → μ⁺μ⁻およびC9におけるNP効果は、|Vcb| = 0.042の場合の2倍以上に達する。
• MZ′ = 10 TeVでは、|Vcb|にかかわらず、Bs → μ⁺μ⁻およびC9におけるNP効果は数パーセント以内に収束する。
• X = Yを満たす最も単純な331モデル（M0）では、M8、M9、M16と比較して、ε′/εおよび他のフラーバー観測量へのNP寄与が著しく抑制される。