[论文解读] Direct comparison of global fits to the B ->$ K^* $$μ^+μ^-$ data assuming hadronic corrections or new physics

S. Neshatpour, V.G. Chobanova+3 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 10

一句话总结

本文对新物理（NP）解释与强子功率修正作为 $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ 角观测量异常的起源进行了统计比较。利用对 LHCb 数据的全局拟合，发现新物理效应——特别是 $C_9$ 威尔逊系数的 $-0.97$ 偏移——相比强子修正提供了显著更优的拟合，相较于标准模型（SM）提升 $1.5\sigma$，而强子修正则未能显著改善拟合，支持新物理作为可行解释。

ABSTRACT

The LHCb measurements on the B ->$ K^*$$μ^+ μ^-$ angular observables have shown slight deviations from their Standard Model predictions. The significance of the deviations in the B -> $K^*$$μ^+ μ^-$ decay depends on the assumptions on the size of the non-factorisable power corrections. At present, there are no theoretical predictions on the size of these power corrections in order to identify whether the reason behind these anomalies is due to unknown hadronic corrections or New Physics effects. We have performed a statistical comparison of fitting the data to each of the possible explanations.

研究动机与目标

• 解决 LHCb 对 $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ 角观测量的测量结果与标准模型（SM）预测之间的张力。
• 确定观测到的异常是否源于未知的强子功率修正，还是新物理（NP）效应。
• 使用实验数据对新物理拟合（通过威尔逊系数）与强子修正拟合（通过非因子化功率修正）进行直接的统计比较。
• 在 $\Lambda/m_b$ 功率修正的理论不确定性背景下，评估新物理与强子修正的重要性。
• 评估未来高亮度 LHC 数据是否能决定性地排除新物理场景。

提出的方法

• 使用 MINUIT 对 $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ 数据进行全局拟合，包含 $q^2 < 8\,\text{GeV}^2$ 的 CP 对称观测量。
• 比较两种情形：(1) 通过复数 $C_9$ 和 $C_7$ 威尔逊系数实现的新物理（2 个自由参数），(2) 通过复数 $h_{\lambda}^{(0,1,2)}$ 函数实现的强子功率修正（18 个自由参数）。
• 应用有效哈密顿量形式化方法分离强子与半轻子贡献，以 $C_9^{\rm eff}$ 作为关键观测量。
• 应用威尔克斯定理计算嵌套模型比较中 SM、NP 和强子修正拟合的 $p$-值与显著性水平。
• 使用 SuperIso v3.6 的理论预测获取形式因子和 $C_9^{\rm eff}(q^2)$，其中 $\Delta C_9^{\lambda,\rm{PC}}$ 通过 $h_\lambda(q^2)/\tilde{V}_\lambda(q^2)$ 定义。
• 拟合包含对 $C_9^{\rm eff}$ 的 $q^2$-依赖偏移，使新物理与强子修正对 $P_5'$ 异常的影响可直接比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 新物理效应在 $C_9$ 威尔逊系数中是否能解释 $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ 衰变中的 $P_5'$ 异常？
• RQ2 强子功率修正——特别是非因子化 $\Lambda/m_b$ 修正——是否比新物理提供更优的数据拟合？
• RQ3 在考虑强子不确定性的情况下，$P_5'$ 中观测到的 $3.7\sigma$ 张力是否在统计上可与 SM 预测区分开来？
• RQ4 $C_9$ 新物理效应是否能通过所有自旋态中强子功率修正的组合来模拟？
• RQ5 未来高亮度 LHC 数据将如何影响新物理与强子修正解释的统计显著性？

主要发现

• NP 拟合中 $C_9$ 的 $-0.97$ 偏移使拟合显著优于 SM，提升 $1.5\sigma$，$p$-值为 $0.13$。
• 尽管强子修正拟合多出 16 个参数，其对 NP 场景的拟合提升仅为 $0.76\sigma$，$p$-值为 $0.45$，表明其未显著改善拟合。
• 强子修正拟合相对于 SM 的 $p$-值为 $6.1\times10^{-3}$（$2.7\sigma$），表明存在轻微张力但未构成显著改进。
• 在 $\chi^2$ 拟合中，$\delta C_9$ NP 场景在统计上优于强子修正拟合，因为后者未显著降低 $\chi^2$。
• 强子修正在 $1\sigma$ 范围内大多与零一致，表明当前数据中无强证据表明存在非零功率修正。
• 未来数据若误差降低 10 倍，可能以 $34\sigma$ 的显著性排除 NP 场景，凸显高精度测量的必要性。