[論文レビュー] Semileptonic B Decays

V. Lüth|arXiv (Cornell University)|Sep 20, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、B̄→D(*)τ⁻ν̄崩壊からの新しい測定値として、𝒮(D)および𝒮(D*)の比を提示しており、それぞれ2.0σおよび2.7σの有意な偏差を示しており、組み合わせた有意水準は3.4σに達する。この過剰は、タイプII二ヒッグス・ダブルレット模型におけるチャージド・ヒッグス・ボソンでは説明できないため、標準模型を超える新しい物理現象の可能性を示唆する。

ABSTRACT

The following is an overview of the measurements of the CKM matrix elements V_cb and V_ub that are based on detailed studies of semileptonic B decays by the BABAR and Belle Collaborations and recent advances in QCD calculations. In addition, a new and improved measurement of the ratios R(D^(*))= BF(Bbar --> D^(*) tau^- nu_tau)/BF(Bbar -->D^(*) ell^- nu_ell) is presented. Here D^(*) refers to a D or a D^* meson and ell is either e or mu. The results, R(D) = 0.440 +/- 0.058 +/- 0.042 and R(D^*)= 0.332 +/- 0.024 +/- 0.018, exceed the Standard Model expectations by 2.0 s.d. and 2.7 s.d, respectively. Taken together, they disagree with these expectations at the 3.4 s.d. level. The excess of events cannot be explained by a charged Higgs boson in the type II Two-Higgs-Doublet Model.

研究の動機と目的

• 半レプトン的B崩壊から𝒮(D)および𝒮(D*)の比を正確に測定し、標準模型の予測を検証すること。
• これらの比が標準模型と整合しているかを評価し、新しい物理の寄与を制限すること。
• τレプトン最終状態における観測された過剰が、タイプII二ヒッグス・ダブルレット模型におけるチャージド・ヒッグス・ボソンで説明可能かどうかを評価すること。
• B→D(*)τ⁻ν̄崩壊における偏光および運動学的分布を通じて、新たな物理の兆候を同定すること。
• 特に対象的および包含的測定における|V_{cb}|および|V_{ub}|の継続的な矛盾を解消すること。

提案手法

• B A B AR実験のデータを用いて、𝒮(D) = 𝒷(B→Dτ⁻ν̄)/𝒷(B→Dℓ⁻ν̄)および𝒮(D*) = 𝒷(B→D*τ⁻ν̄)/𝒷(B→D*ℓ⁻ν̄)の分岐比を測定する。
• DおよびD*崩壊とτレプトンを分離するために、詳細な再構成およびイベント選別技術を用いる。
• 排他的崩壊におけるハドロン行列要素をモデル化するために、理論的フォーム因子およびQCD計算を適用する。
• 微分崩壊率を同時にフィットすることで、|V_{cb}|および|V_{ub}|をより高い精度で抽出する。
• 標準模型以外の寄与、特にタイプII 2HDMにおけるチャージド・ヒッグス・ボソンを含めたシミュレーションを行い、データと比較する。
• 重み付け再調整技術を用いて、測定比に及ぼすτの偏光および角度分布の影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 測定された比𝒮(D)は標準模型の予測から逸脱しているか？もしそうなら、その程度は？
• RQ2 測定された比𝒮(D*)は標準模型の予測から逸脱しているか？その乖離の有意水準は？
• RQ3 B→D(*)τ⁻ν̄崩壊における観測された過剰は、タイプII二ヒッグス・ダブルレット模型におけるチャージド・ヒッグス・ボソンで説明可能か？
• RQ4 𝒮(D)および𝒮(D*)の乖離を同時に考慮した場合、合算された有意水準は？
• RQ5 |V_{cb}|および|V_{ub}|の対象的測定と包含的測定との間の矛盾は、現在の理論的および実験的不確実性と整合的か？

主な発見

• 測定された比𝒮(D) = 0.440 ± 0.058 ± 0.042は、標準模型の予測を2.0σの有意水準で上回る。
• 測定された比𝒮(D*) = 0.332 ± 0.024 ± 0.018は、標準模型の予測を2.7σの有意水準で上回る。
• 測定された比と標準模型の期待値との間の合算された乖離は、3.4σの有意水準に達する。
• τレプトン最終状態における観測された過剰は、タイプII二ヒッグス・ダブルレット模型におけるチャージド・ヒッグス・ボソンでは説明できない。
• m_{H⁺} > 15 GeVの領域では、タイプII 2HDMは99.8%信頼水準で除外され、この領域は既にB→X_sγ測定によって除外済みである。
• 結果は、標準模型を超える新しい物理現象の存在を示唆しており、他のバージョンの二ヒッグス・ダブルレット模型で実現可能である可能性がある。