[論文レビュー] Understanding the first measurement of $\mathcal{B}(B o K ν\barν)$

Lukas Allwicher, Damir Bečirević+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 5, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、標準模型予測を約2.9σ上回る Belle II の最初の $\mathcal{B}(B^\pm\to K^\pm\nu\bar{\nu}})$ 測定を分析している。SMEFTフレームワークを用いて、$\tau$-only結合のシナリオが、$R_{K^{(*)}}$ および $\mathcal{B}(B_s\to\mu\mu)$ と整合しながら分岐率の増大を説明できることを示しているが、追加の非-$b\to s\ell\ell$ 演算子がなければ、$R_{D^{(*)}}$ 異常を完全に説明できない。

ABSTRACT

Recently, Belle II reported on the first measurement of $\mathcal{B}(B^\pm o K^\pm ν\barν)$ which appears to be almost $3σ$ larger than predicted in the Standard Model. We point out the important correlation with $\mathcal{B}(B o K^{\ast} ν\barν)$ so that the measurement of that decay mode could help restraining the possible options for building the model of New Physics. We then try to interpret this new experimental result in terms of physics beyond the Standard Model by using SMEFT and find that a scenario with coupling only to $τ$ can accommodate the current experimental constraints but fails in getting a desired $R_{D^{(\ast )}}^\mathrm{exp}/R_{D^{(\ast )}}^\mathrm{SM}$, unless one turns the other SMEFT operators that are not related to $b o s\ell\ell$ or/and $b o sνν$.

研究の動機と目的

• Belle II 測定の $\mathcal{B}(B^\pm\to K^\pm\nu\bar{\nu}})$ が、標準模型から約2.9σのずれを示しており、この結果を新しい物理の文脈で解釈すること。
• この結果が、$R_{K^{(*)}}$、$\mathcal{B}(B_s\to\mu\mu)$、$R_{D^{(*)}}$ からの既存の制約と整合するかを評価すること。
• SMEFTフレームワークにおける新しい物理の演算子が、$B\to K\nu\bar{\nu}}$ の増大と他の $b\to s$ 遷移を同時に満たす可能性を特定すること。
• $b\to s\nu\bar{\nu}}$ 遷移が、ミューオンや他のレプトンフレーバーと結合することで説明可能かどうかを検討し、$R_{D^{(*)}}$ に与える影響を明らかにすること。

提案手法

• SMEFTフレームワークを用いて、$b\to s\nu\bar{\nu}}$ と $b\to s\ell\ell$ 演算子のウィルソン係数を関連付ける。
• 実験的制約として、$R_{K^{(*)}}=0.930(97)$、$\mathcal{B}(B_s\to\mu\mu)=3.35(27)\times10^{-8}$、$R_{D^{(*)}}^{\text{exp}}/R_{D^{(*)}}^{\text{SM}}\approx1.05$ を適用する。
• $\mathcal{C}_{lq}^{(1)}$、$\mathcal{C}_{lq}^{(3)}$、およびスカラー・テンソル演算子が $\mathcal{B}(B\to K\nu\bar{\nu}})$ と $R_{D^{(*)}}$ に与える影響を評価する。
• 左巻きおよび右巻きの $b\to s\nu\bar{\nu}}$ 結合に対するパラメータ空間を制限するため、グローバルフィットを実施する。
• 格子QCDのフォーム因子制約を用いて、SMおよびBSMシナリオにおける $\mathcal{B}(B\to K\nu\bar{\nu}})$ の $q^2$-依存性をモデル化する。
• 左巻きおよび右巻きの $b\to s\nu\bar{\nu}}$ 結合を両方検討し、$\Delta m_s$ および $\mathcal{B}(B\to K\nu\bar{\nu}})$ からの新しい物理のスケールに制約を課す。

Figure 1: The correlation between $\mathcal{B}(B\to{K^{\ast}}{\nu\nu})$ and $\mathcal{B}(B\to K{\nu\nu})$ decays with respect to the variation of $\delta C_{L}$ or $\delta C_{R}$ . The shaded gray area correspond to $1\sigma$ and $2\sigma$ of the recent Belle II result for $\mathcal{B}(B\to K{\nu\nu

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SMEFTフレームワークにおいて、$\tau$-only 結合が Belle II 測定の $\mathcal{B}(B^\pm\to K^\pm\nu\bar{\nu}})$ を説明できるか。
• RQ2 観測された $B\to K\nu\bar{\nu}}$ 増大から、右巻き $b\to s\nu\bar{\nu}}$ 結合に課される制約は何か。
• RQ3 $R_{K^{(*)}}$ および $\mathcal{B}(B_s\to\mu\mu)$ の制約を満たしているにもかかわらず、なぜミューオン結合のシナリオはデータを説明できないのか。
• RQ4 $B\to K\nu\bar{\nu}}$ 測定と整合するSMEFTモデルにおいて、$R_{D^{(*)}}$ 異常をどのように説明できるか。
• RQ5 非対角レプトン結合が $\mathcal{B}(B\to K\nu\bar{\nu}})$ および $\mathcal{B}(B\to K\mu\tau)$ に与える影響は何か。

主な発見

• Belle II 測定の $\mathcal{B}(B^\pm\to K^\pm\nu\bar{\nu}})=2.40(67)\times10^{-5}$ は、$R^{K}_{\nu\nu}=5.4\pm1.5$ を示しており、標準模型予測から約2.9σのずれを示している。
• $\tau$-only 結合のシナリオは、$R_{K^{(*)}}$ および $\mathcal{B}(B_s\to\mu\mu)$ と整合しながら、$B\to K\nu\bar{\nu}}$ の増大を説明できる。
• $\tau$ 結合のみのシナリオでは、$R_{D^{(*)}}$ 異常を説明できない。予測される $R_{D^{(*)}}^{\text{exp}}/R_{D^{(*)}}^{\text{SM}}\approx1.05$ は、観測値を下回っている。
• 右巻き $b\to s\nu\bar{\nu}}$ 結合が、$\mathcal{B}(B\to K^\ast\nu\bar{\nu}})$ が標準模型予測の最大1.8倍に達するのを説明するために必要である。
• $\mathcal{C}_{lq}^{(1)}$ ウィルソン係数は、$\mathcal{B}(B_s\to\mu\mu)$ によって強く制約を受けており、ミューオン結合を排除する。
• ミューオンとタウの非対角結合は、大きな $\mathcal{B}(B\to K\mu\tau)$ を引き起こすが、これは現在の実験的制約を下回っているが、高運動量 $\ell\ell$ 探査によって制約を受ける。

Figure 2: Similar to Fig. 1 we show how the fraction of $B\to{K^{\ast}}{\nu\nu}$ with longitudinally polarized $K^{\ast}$ responds to the variation of $\delta C_{L}$ or $\delta C_{R}$ . Note that the yellow and purple curves correspond to those shown in Fig. 1 , each associated with the allowed rang