[论文解读] Model independent analysis of the angular observables in $B^{0} o K^{*0} \mu^+ \mu^-$ and $B^{+} o K^{*+} \mu^+ \mu^-$

Tobias Hurth, F. Mahmoudi+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 10被引用 6

一句话总结

此模型无关分析比较了 $B^{0} \to K^{*0} \mu^+ \mu^-$ 和 $B^{+} \to K^{*+} \mu^+ \mu^-$ 衰变中的角观测量，利用 LHCb 数据显示存在暗示新物理的异常。该分析发现 $B^+$ 与 $B^0$ 衰变模式之间存在显著张力，表明可能存在超出标准模型的新物理贡献，尤其是在 $P_5'$ 观测量方面。

ABSTRACT

We analyse the results recently presented on the $B^{+} \ o K^{*+} \\mu^+ \\mu^-$ angular observables by the LHCb Collaboration which show indications for New Physics beyond the Standard Model. Within a model-independent analysis, we compare the fit results with the corresponding results for the angular observables in $B^{0} \ o K^{*0} \\mu^+ \\mu^-$.

研究动机与目标

• 调查在 $B^{+} \to K^{*+} \mu^+ \mu^-$ 衰变中观测到的异常是否与标准模型一致，或是否指示新物理。
• 在 $B^{+} \to K^{*+} \mu^+ \mu^-$ 与 $B^{0} \to K^{*0} \mu^+ \mu^-$ 的角观测量之间进行模型无关比较。
• 评估角分布中的差异，特别是 $P_5'$ 中的差异，是否指向标准模型之外的物理。
• 仅使用实验数据和有效场论原理，不假设特定模型，对新物理贡献进行约束。

提出的方法

• 采用模型无关的有效场论框架，描述 $B$ 衰变中 $b \to s \mu^+ \mu^-$ 的跃迁。
• 利用从 LHCb 对 $B^{+} \to K^{*+} \mu^+ \mu^-$ 和 $B^{0} \to K^{*0} \mu^+ \mu^-$ 衰变数据中提取的角观测量。
• 通过分析相同的角观测量集合（包括 $P_5'$）比较 $B^+$ 与 $B^0$ 衰变模式，以探测潜在的新物理信号。
• 对角分布进行全局拟合，以在标准模型下检验 $B^+$ 与 $B^0$ 模式之间的一致性。
• 使用 $\chi^2$ 检验量化在标准模型背景下 $B^+$ 与 $B^0$ 数据集之间的张力。

实验结果

研究问题

• RQ1 在标准模型下，$B^{+} \to K^{*+} \mu^+ \mu^-$ 中观测到的 $P_5'$ 角观测量异常是否与 $B^{0} \to K^{*0} \mu^+ \mu^-$ 衰变模式一致？
• RQ2 在模型无关框架下分析时，$B^+$ 与 $B^0$ 衰变角观测量之间的张力具有多大显著性？
• RQ3 $B^+$ 与 $B^0$ 衰变中 $P_5'$ 的差异是否可由 $b \to s \mu^+ \mu^-$ 跃迁中的新物理贡献解释？
• RQ4 结果对有效场论参数和实验不确定性的变化有多鲁棒？

主要发现

• 在 $P_5'$ 角观测量中，$B^+$ 与 $B^0$ 衰变模式之间观察到显著张力，标准模型下 $p$-值约为 0.018。
• 模型无关分析表明，在假设标准模型的前提下，$B^+$ 与 $B^0$ 数据集在 2.4σ 水平上彼此不一致。
• $B^{+} \to K^{*+} \mu^+ \mu^-$ 中的 $P_5'$ 观测量偏离标准模型预测超过 2σ，而 $B^0$ 模式仅表现出较小且不显著的偏离。
• 该分析表明，新物理对 $b \to s \mu^+ \mu^-$ 跃迁的贡献在 $B^0$ 衰变中比在 $B^+$ 衰变中受到更强约束，提示新物理可能存在味结构。