[논문 리뷰] Numerical updates of lifetimes and mixing parameters of B mesons

Alexander Lenz, Ulrich Nierste|Durham Research Online (Durham University)|2011. 02. 21.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 1인용 수 25

한 줄 요약

이 논문은 B-메손 혼합 파라미터에 대한 표준모형 예측을 업데이트하며, ΔMs, ΔΓs 및 풍미별 붕괴에서의 CP 비대칭성에 대한 개선된 불확도를 포함한다. ΔΓs와 a1fs^s에 대한 이론적 오차가 감소한 것은 CKM 행렬 요소와 B-메손 붕괴 상수의 더 정밀한 입력 덕분이며, 또한 DØ 실험에서의 B–B̄ 혼합에서 새로운 물리학과의 3.6σ의 괴리가 보고된다.

ABSTRACT

We update the Standard-Model predictions for several quantities related to $B_s - \bar B_s$ and $B_d - \bar B_d$ mixing. The mass and width differences in the $B_s$ system read $ ΔM_s^{ m SM} = (17.3 \pm 2.6) ps^{-1}$ and $ΔΓ_s^{ m SM}= (0.087 \pm 0.021) ps^{-1}$, respectively. The CP asymmetries in flavour-specific decays are $a_{ m fs}^{s, m SM} = (1.9 \pm 0.3) \cdot 10^{-5}$ and $a_{ m fs}^{d, m SM} = - (4.1 \pm 0.6) \cdot 10^{-4}$. We further critically discuss the sensitivity of $ΔΓ_d$ to new physics and the uncertainties in the relation between $ΔΓ_s$ and the branching fraction of $B_s o D_s^{(*)}{}^+ D_s^{(*)}{}^-$. Then we present a numerical update of the average width $Γ_s$ in the $B_s$ system and correlate $Γ_s$ with the $B^+$-$B_d$ lifetime ratio. Finally we summarise the key results of our recent global analysis with the CKMfitter collaboration addressing new physics in $B - \bar B$-mixing. In an appropriately defined scenario parametrising new physics in $B - \bar B$-mixing by two complex parameters $Δ_d$ and $Δ_s$ the Standard-Model point {$Δ_d=Δ_s=1$} is disfavoured by 3.6 standard deviations.

연구 동기 및 목표

• 더 정밀한 이론적 입력을 사용하여 B_s–B̄_s 및 B_d–B̄_d 혼합 파라미터에 대한 표준모형 예측을 갱신한다.
• 최근의 격자 QCD 및 CKM 피팅 결과를 통합하여 ΔΓs와 CP 비대칭성 a_fs^s의 이론적 불확도를 감소시킨다.
• B–B̄ 혼합에서 새로운 물리학 기여에 대한 ΔΓd의 민감도를 평가하고, B̄_s → D_s^{(*)+}D_s^{(*)-} 붕괴 분율과 ΔΓs 간의 관계를 분석한다.
• DØ 실험에서의 A_SL 측정치와 표준모형 예측 간의 전반적 괴리를 평가하여 B–B̄ 혼합에서의 잠재적 새로운 물리학을 규명한다.

제안 방법

• 중량 쿼크 확장(HQE)을 사용하여 Γ^q_12를 계산하며, α_s의 고차항 보정과 1/m_b 보정을 포함한다.
• 수치적 상쇄를 방지하고 HQE 전개의 수렴성을 향상시키기 위해 새로운 운영자 기저를 도입한다.
• f_Bs, B_Bs, |V_ub|, |V_cb|, α_s 등의 입력 파rameter의 불확도를 전파하여 전반적 오차 분석을 수행한다.
• ΔΓs/ΔMs 비율과 CP 비대칭성 a_fs^s를 계산하며, 입력 불확도의 몬테카를로 전파를 통해 오차 예산을 도출한다.
• DØ 실험에서의 A_SL 측정치를 표준모형 예측과 비교하여 새로운 물리학과의 괴리를 정량화한다.
• 두 파rameter로 구성된 복소수 매개변수화(Δ_d, Δ_s)를 사용하여 전역 피팅 프레임워크 내에서 B–B̄ 혼합에서의 새로운 물리학을 시험한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 개선된 이론적 불확도를 반영한 B_s 시스템에서의 ΔMs 및 ΔΓs에 대한 업데이트된 표준모형 예측은 무엇인가?
• RQ2 최근의 격자 QCD 및 CKM 피팅 결과는 a_fs^s와 ΔΓs/ΔMs의 불확도를 어떻게 감소시키는가?
• RQ3 B–B̄ 혼합에서 새로운 물리학 기여에 대한 ΔΓd의 민감도는 어떠한가?
• RQ4 DØ 실험에서의 A_SL 측정치는 표준모형 예측과 어떻게 비교되며, 이는 새로운 물리학에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 전역 데이터에 기반한 SM 점(Δ_d = Δ_s = 1)은 B–B̄ 혼합에 대해 일관된가?

주요 결과

• ΔMs의 업데이트된 표준모형 예측은 (17.3 ± 2.6) ps⁻¹이며, ΔΓs는 (0.087 ± 0.021) ps⁻¹로, 이론적 불확도가 크게 감소하였다.
• 풍미별 B_s 붕괴에서의 CP 비대칭성은 a_fs^s,SM = (2.11 ± 0.36) × 10⁻⁵로 예측되었으며, 오차는 27.9%에서 17.3%로 감소하였다.
• ΔΓs/ΔMs 비율은 50.4 × 10⁻⁴로 예측되었으며, 총 불확도는 20.1%로, 붕괴 상수 의존성의 상쇄로 인해 향상되지 않았다.
• ΔΓs의 주요 불확도는 파워 억제된 연산자 R̃₂의 행렬 요소에서 기인하며, B̃_R₂로 매개변수화된다.
• CKMfitter를 사용한 전역 분석 결과, SM 점(Δ_d = Δ_s = 1)은 3.6 표준편차만큼 전역 데이터에서 불리하게 평가되었으며, 새로운 물리학과의 강한 괴리를 시사한다.
• DØ 결과 A_SL^DØ = -0.00957 ± 0.00251 ± 0.00146는 표준모형 예측에서 3.2σ만큼 벗어나 있으며, 중심값은 42배 정도의 오차를 보인다.