[論文レビュー] CKM fits as of winter 2009 and sensitivity to New Physics

V. Tisserand|ArXiv.org|May 11, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、2009年冬の実験的および格子QCDの入力を用いたCKM行列のパラメータのグローバルフィットを提示し、$B_d$および$B_s$系におけるニューサイエンス（NP）の感受性を評価している。$B_d$および$B_s$混合では、それぞれ2.1σおよび1.9σの不一致が見つかり、NP寄与の可能性を示唆している。一方、$B^+ \to \tau^+ \nu$崩壊の分岐比は、標準模型（SM）予測から1.7σのずれを示し、95%信頼水準で$(\bar{\rho}, \bar{\eta})$平面におけるNPの制約を与えている。

ABSTRACT

We present the status of the CKM matrix parameters in the framework of the Standard Model. We perform a model independent analysis to set constraints on additional effective parameters accounting for possible New Physics effects and to evaluate the present allowed space for these effects both from $B_d$ and $B_s$ mesons.

研究の動機と目的

• 2009年の正確な実験的および格子QCDの入力を用いて、モデルに依存しないCKMパラメータのグローバルフィットを実行すること。
• $B_d$および$B_s$混合に対するニューサイエンス（NP）効果の感受性を、有効なNPパラメータを用いて評価すること。
• ユニタリティ三角形の制約の文脈において、標準模型（SM）と現在のデータとの整合性を評価すること。
• レア崩壊および混合過程におけるNP寄与を示唆する可能性のある、SMからの逸脱を特定および定量すること。
• 今後の実験が高精度を要する主要な観測量および理論的入力を特定するための指針を提供すること。

提案手法

• 統計的および系統的誤差を分離するために、平坦な尤度関数アプローチ（Rfit）を用いた頻度主義のグローバルフィットを実施。理論的不確実性を扱う。
• CKM行列の正確なワルフラインデン型パarametrization（$\lambda$, $A$, $\bar{\rho}+i\bar{\eta}$）を用い、$\lambda$の任意の次数にまで再位相不変性およびユニタリティを保証する。
• 格子QCD（LQCD）の入力は、新規の手法で平均化される：ガウス誤差を尤度の乗算により結合し、Rfitにおける最小の不確実性を割り当てることで、理論的不確実性の過小評価を回避する。
• NP効果は$\Delta_q^{\text{NP}} = \langle B_q | M_{12}^{\text{SM+NP}} | \bar{B}_q \rangle / \langle B_q | M_{12}^{\text{SM}} | \bar{B}_q \rangle$によりパラメータ化され、実部および虚部がSMからの逸脱を制約するために用いられる。
• 主な観測量をフィットに組み込む：$|V_{ud}|$, $|V_{us}|$, $|V_{cb}|$, $|V_{ub}|$, $\Delta m_d$, $\Delta m_s$, $|\varepsilon_K|$, $\sin(2\beta)$, $\alpha$, $\gamma$、および$B^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$などのレア崩壊分岐比。
• 樹形階FCNC崩壊にNPがないものと仮定（SM4FC仮説）し、$|V_{ij}|$, $\gamma$, $\beta$をグローバルフィットにおけるSMの基準として使用可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2009年冬現在、CKM行列パラメータのグローバル整合性は標準模型（SM）とどの程度一致しているか？
• RQ2 $B_d$および$B_s$混合におけるSMからの測定可能な逸脱は存在するか？ これはニューサイエンスを示唆する可能性があるか？
• RQ3 $B^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$や$B^+ \to \tau^+ \nu$などのレア崩壊は、ユニタリティ三角形およびNPパラメータをどの程度制約するか？
• RQ4 LQCD入力における理論的不確実性は、CKMパラメータの決定精度にどの程度影響を及えるか？
• RQ5 $B_{q=d,s}$系における$\Delta B = 2$遷移へのNP寄与の感受性はどの程度か？ そして、それらはどのように制約されているか？

主な発見

• $B^+ \to \tau^+ \nu$崩壊の分岐比は$(1.73^{+1.15}_{-1.05}) \times 10^{-10}$に測定されたが、SM予測は$(0.811^{+0.027}_{-0.021} \pm 0.096) \times 10^{-10}$であり、SMから1.7σのずれを示している。
• グローバルフィットにより、$(\bar{\rho}, \bar{\eta})$平面において(1,0)に近い非可視領域が95%信頼水準で除外されている。主に$B^+ \to \tau^+ \nu$測定によるものである。
• $B_d$系では、最適フィットの$\Delta_d^{\text{NP}}$がSM値（1）から2.1σずれており、これは$\sin(2\beta)$と$|V_{ub}|_{\tau\nu}$の間に不整合があることに起因する。
• $B_s$系では、$\Delta_s^{\text{NP}}$がSM値から1.9σずれており、主にTeVatronで測定された$B_s \to J/\psi\phi$崩壊における$(2\beta_s, \Delta\Gamma_s)$の2.2σのずれに起因する。
• 両方の$B_d$および$B_s$系において、$|\Delta_q^{\text{NP}}|$は1に近いか、それ以下に制約されており、NP感受性においてKMメカニズムの支配的役割を示している。
• 最小フラバー破壊（MFV）仮定のもとでは、顕著な不整合は観測されず、NP効果が電弱位相を通じてのみ生じるため、現在のデータと整合的である。