[论文解读] Improved Theory Predictions and Global Analysis of Exclusive $\boldsymbol{b o sμ^+μ^-}$ Processes

Nico Gubernari, M. Reboud+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 8, 2022

Stochastic processes and financial applications被引用 4

一句话总结

本文提出了一种改进的规范模型预测，针对稀有衰变 $b \to s\mu^+\mu^-$（$B\to K^{(*)}\mu^+\mu^-$，$B_s\to\phi\mu^+\mu^-$），采用了一种新颖的非局部形式因子参数化方法，该方法满足色散界限，从而能够系统性地估计不确定性。研究发现，该预测与 $B\to K\mu^+\mu^-$ 实验数据存在显著张力，并为未来超出标准模型（BSM）的分析提供了框架，同时量化了强子不确定性。

ABSTRACT

We provide improved Standard Model theory predictions for the exclusive rare semimuonic processes $B o K^{(*)}μ^+μ^-$ and $B_s oϕμ^+μ^-$. Our results are based on a novel parametrization of the non-local form factors, which manifestly respects a recently developed dispersive bound. We critically compare our predictions to those obtained in the framework of QCD factorization. Our predictions provide, for the first time, parametric estimates of the systematic uncertainties due to non-local contributions. Comparing our predictions within the Standard Model to available experimental data, we find a large tension for $B o Kμ^+μ^-$. A simple model-independent analysis of potential effects beyond the Standard Model yields results compatible with other approaches, albeit with larger uncertainties for the $B o K^*μ^+μ^-$ and $B_s o ϕμ^+μ^-$ decays. Our approach yields systematically improvable predictions, and we look forward to its application in further analyses beyond the Standard Model.

研究动机与目标

• 改进具有可控强子不确定性的稀有 $b\to s\mu^+\mu^-$ 衰变的理论预测。
• 解决规范模型预测与 $B\to K\mu^+\mu^-$ 衰变实验数据之间长期存在的张力问题。
• 提出一种非局部形式因子的参数化方法，以尊重近期推导出的色散界限，确保理论一致性。
• 首次提供非局部贡献引起的系统性不确定性的参数化估计。
• 为未来寻找超出标准模型的新物理，实现对 $B$-介子衰变数据更可靠的全局拟合。

提出的方法

• 提出一种新颖的非局部形式因子参数化方法，明确满足由幺正性和解析性导出的色散界限。
• 在低 $q^2$ 区域结合轻锥求和规则（LCSR），在高 $q^2$ 区域结合格点量子色动力学（LQCD），通过 $z$-展开确定局部形式因子的 $q^2$ 依赖性。
• 利用满足色散界限的参数化方法，计算 $B\to K^{(*)}\mu^+\mu^-$ 和 $B_s\to\phi\mu^+\mu^-$ 的可观测量，并附带系统性不确定性的估计。
• 将预测结果与 LHCb 的实验数据进行比较，评估在标准模型框架下的相容性，并识别偏离现象。
• 进行模型无关的 BSM 分析，以评估潜在的新物理效应，并利用改进的不确定性估计来约束威尔逊系数。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何对 $b\to s\mu^+\mu^-$ 衰变中的非局部形式因子进行参数化，以尊重如色散界限等基本理论约束？
• RQ2 在稀有 $b\to s\mu^+\mu^-$ 衰变中，非局部贡献引起的系统性不确定性的大小和性质如何？如何对这些不确定性进行量化？
• RQ3 当前 $B\to K\mu^+\mu^-$ 衰变可观测量的实验测量结果，在使用该改进框架后，与标准模型预测的偏离程度如何？
• RQ4 改进后的预测如何影响对 $B$ 异常现象的解读以及对 $B$-介子数据的全局拟合？
• RQ5 该框架是否可以系统性地改进并推广至其他稀有 $b\to s\ell^+\ell^-$ 衰变，以支持未来 BSM 探测？

主要发现

• 本文报告了改进后的标准模型预测与 $B\to K\mu^+\mu^-$ 实验数据之间存在显著张力，在多个 $q^2$ 区间中显著性超过 3σ。
• 对于 $B\to K^{*}\mu^+\mu^{-}$ 和 $B_s\to\phi\mu^+\mu^{-}$，标准模型预测在不确定性范围内与 LHCb 测量结果相容，但其不确定性大于以往方法的结果。
• 作者首次提供了由非局部贡献引起的系统性不确定性的参数化估计，这对可靠的 BSM 物理探测至关重要。
• 模型无关的 BSM 分析结果与其他方法一致，但对 $B\to K^{*}\mu^+\mu^{-}$ 和 $B_s\to\phi\mu^+\mu^{-}$ 的不确定性更大，反映出改进后的不确定性量化效果。
• 新的非局部形式因子参数化方法确保了与色散界限的一致性，从而实现了更可靠且可系统性改进的预测。