[论文解读] Rare B, D and K decays, radiative and electroweak penguin decays, including constraints on $V_{td}/V_{ts}$ and $\epsilon'/\epsilon$: Summary of CKM 2018 working group 3.

M. De Cian, Sébastien Descotes–Genon+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 14, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 81被引用 9

一句话总结

本文总结了2018年CKM工作组第3次会议关于稀有B、D和K衰变的研究，重点探讨了辐射和电弱内克普林过程作为新物理的探针。文章呈现了最新的实验测量结果与理论约束，特别强调了B⁰→K*⁰μ⁺μ⁻衰变中P′5角观测量存在3.4σ的偏离，以及RK比值存在2.6σ的偏离，两者均暗示可能存在超出标准模型的新物理。

ABSTRACT

Rare $B$, $D$ and $K$ decays provide interesting probes of the Standard Model (SM), with a potential sensitivity to New Physics (NP) higher than other, more common, decays. Their experimental measurement is challenging, and their theoretical interpretation requires a precise knowledge of QCD at low energies, in the non-perturbative (hadronic) regime. The various $b$, $c$, $s$ decays provide different types of tests of the Standard Model, which can be performed in different experimental settings and which may exhibit correlated deviations in models of New Physics.

研究动机与目标

• 总结CKM 2018研讨会中关于稀有B、D和K衰变的最新实验与理论结果。
• 评估这些结果与标准模型的一致性，并识别可能指示新物理的偏离。
• 提供对CKM矩阵元Vtd/Vts以及直接CP破坏参数ε′/ε的更新约束。
• 评估这些衰变对检验轻子味 universality（LFU）以及探测标准模型之外物理的影响。

提出的方法

• 分析LHCb、Belle、BaBar、ATLAS、CMS、NA62和KOTO在b、c和s夸克参与的稀有衰变中的实验数据。
• 使用模型无关的有效场论（SMEFT）和∆S = 1有效理论，计算ε′/ε并将其与新物理的威尔逊系数关联。
• 应用矩量分析和连续分布拟合方法，提取B⁰→K*⁰μ⁺μ⁻中的角观测量P′5。
• 将分支比和比值（如RK、RK*）进行比较，以最小的理论不确定性检验轻子味 universality（LFU）。
• 利用格点QCD计算K→πℓ⁺ℓ⁻和K→πνν̄衰变的形因子，以估计长程强子贡献。
• 结合ATLAS与LHCb数据的似然轮廓，对B⁰→μ⁺μ⁻分支比设定上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在B⁰→K*⁰μ⁺μ⁻的角分布中，特别是P′5观测量，是否存在新物理的证据？
• RQ2 测量得到的RK和RK*比值是否显著偏离标准模型预测，表明轻子味 universality（LFU）的破坏？
• RQ3 稀有K→πνν̄衰变对新物理尺度和威尔逊系数施加了何种约束？
• RQ4 B⁰s→μ⁺μ⁻和B⁰→μ⁺μ⁻的测量分支比与标准模型预测相比如何？它们对新物理意味着什么？
• RQ5 B衰变中观察到的偏离是否能被一个新物理模型一致解释，特别是涉及第三代耦合的模型？

主要发现

• 在B⁰→K*⁰μ⁺μ⁻衰变中，P′5角观测量显示出与标准模型预测的3.4σ偏离，提示可能存在新物理或胶子圈效应被低估。
• 在q²=1–6 GeV²/c⁴范围内，RK比值测量为0.745+0.090−0.074±0.036，与标准模型的偏离达2.6σ，表明可能存在轻子味 universality（LFU）破坏。
• ATLAS测量得到B⁰s→μ⁺μ⁻的分支比为(2.8±0.8)×10⁻⁹，与标准模型预测一致，并对新物理施加了强烈约束。
• ATLAS在95%置信水平下设定B⁰→μ⁺μ⁻的上限为<2.1×10⁻¹⁰，与标准模型一致，表明对新物理具有高灵敏度。
• NA62观测到一个K⁺→π⁺νν̄候选事例，得出在95%置信水平下B(K⁺→π⁺νν̄)<14×10⁻¹⁰的上限，与标准模型一致。
• KOTO将KL→π⁰νν̄的上限提高至<3.0×10⁻⁹（90%置信水平），显著降低了先前的限制，增强了对新物理的探测灵敏度。