[論文レビュー] Inclusive Rare B Decays

Tobias Hurth|ArXiv.org|Jun 5, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 46被引用数 17

ひとこと要約

この論文は、CKM行列と標準模型を超える新しい物理を精密に探る手段としての包含的でまれなB崩壊をレビューし、理論的にクリーンで、ループレベルのフラバー変化を伴う中性荷電現在に敏感である点に注目する。NLO/NLL QCD補正が理論的不確実性を10%未満に低下させ、特に超対称性を含む新しい物理の間接的探索—特に$B \to X_s\gamma$や$B \to X_s\ell^+\ell^-$のモードにおけるBrとCP非対称性のずれ—を可能にする。また、まれな中性子崩壊がフラバー物理における補完的制約を提供する。

ABSTRACT

We review the present status of rare B decays, focusing on inclusive decay modes and their role in our search for new physics. We also briefly discuss direct CP violation in rare B decays and the rare kaon decays $K^+ o π^+ν\barν$ and $K_L o π^0 ν\barν$, which offer complementary opportunities for precision flavour physics.

研究の動機と目的

• 包含的でまれなB崩壊の現在の理論的および実験的状況を、CKM行列と新しい物理のプローブとして評価すること。
• 包含的でまれなB崩壊の観測量における理論的不確実性を低減するQCD補正の役割を評価すること。
• 特に超対称性を含む新しい物理の間接的検出の可能性を、SM予測からのずれを通じて探ること。
• 包含的でまれなB崩壊における直接CP違反が、CKM行列がCP違反の唯一の源であるかどうかを検証するクリーンなテストとしての役割を検討すること。
• まれな中性子崩壊（$K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$、$K_L \to \pi^0 \nu\bar{\nu}$）が精密フラバー物理において補完的役割を果たすことを強調すること。

提案手法

• 次に高い順（NLO）およびその次に高い順（NNLO）のQCD補正を包含的でまれなB崩壊に対して計算するために、レノルマライゼーション群補正付き摂動論を用いる。
• 非摂動的QCD効果を制御するために重いクォーク展開を適用し、$b$クォークを重く扱い、$\Lambda_{\text{QCD}}/m_b$の展開を行う。
• 運動量のカットを適用して、$B \to X_s\gamma$および$B \to X_s\ell^+\ell^-$の包含的崩壊モードを分析し、理論的に計算可能なクリーンな観測量を特定する。
• 有効場理論的手法を用いて、超対称性寄与による崩壊への寄与を評価し、ペンギン図におけるチラーモードおよびグルーギノループに注目する。
• CLEO、BaBar、BELLE、ブルークヘブン実験からの実験的制約と理論的予測を比較する。
• アイソスピン対称性を用いて、$K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$の測定上限から$K_L \to \pi^0 \nu\bar{\nu}$の間接的制約を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NLOおよびNNLO QCD補正は、包含的でまれなB崩壊における理論的不確実性にどのように影響するか？
• RQ2 包含的でまれなB崩壊は、特に超対称性を含む新しい物理の間接的プローブとしてどの程度有効か？
• RQ3 まれなB崩壊は直接CP違反にどの程度感度を示し、CKM行列がCP違反の唯一の源であるかどうかをテストできるか？
• RQ4 K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$および$K_L \to \pi^0 \nu\bar{\nu}$のようなまれな中性子崩壊は、B物理学とどのように補完的役割を果たすか？
• RQ5 現在の実験的制約と理論的予測は、$K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$および$K_L \to \pi^0 \nu\bar{\nu}$のBrに対してどのようなものか？

主な発見

• NLO QCD補正により、包含的でまれなB崩壊における理論的不確実性は10%未満に低下し、大幅に精度が向上した。
• $K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$のBrは、標準模型（SM）で$(7.9 \pm 3.1) \times 10^{-11}$と予測されており、ブルークヘブンE787からの現在の実験的上限は$(1.5^{+3.4}_{-1.2}) \times 10^{-10}$である。
• uMSSMのシナリオにおける理論的上限は、${\cal B}(K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}) \leq 1.7 \times 10^{-10}$および${\cal B}(K_L \to \pi^0 \nu\bar{\nu}) \leq 1.2 \times 10^{-10}$を示し、SM予測と整合的である。
• 超対称性寄与は、$K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$では最大3倍、$K_L \to \pi^0 \nu\bar{\nu}$では10倍までBrを増大させることができ、主にチラーモード誘導のZペンギン図によるものである。
• 包含的でまれなB崩壊、たとえば$B \to X_s\gamma$や$B \to X_s\ell^+\ell^-$は理論的にクリーンで、Bファクトリーで測定可能であり、SMの精密テストおよび新しい物理の間接的探索が可能である。
• まれなB崩壊における直接CP違反は、CKMメカニズムの検証に向けたクリーンでモデルに依存しないテストを提供し、今後の測定が新しい物理に対する厳密な制約を与えると期待される。