[論文レビュー] Unitarity Triangle Analysis in the Standard Model and Beyond

C. Alpigiani, A. J. Bevan+13 more|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 11被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、最新の実験的および格子QCDの入力を用いてCKM行列の制約を精緻化する標準模型（SM）およびその拡張におけるグローバルなユニタリティトライアングル解析を提示する。新しい物理（NP）スケールに対するきびしい下限が示され、一般の状況では500 TeVを超えることが判明し、次に最小なフレーバー違反（NMFV）モデルでは114 TeVに達する。これは、LHCで観測可能なNPスケールを達成するにはループ抑制が必要であることを示唆している。

ABSTRACT

Flavour physics represents a unique test bench for the Standard Model (SM). New analyses performed at the LHC experiments are now providing unprecedented insights into CKM metrology and new evidences for rare decays. The CKM picture can provide very precise SM predictions through global analyses. We present here the results of the latest global SM analysis performed by the UTfit collaboration including all the most updated inputs from experiments, lattice QCD and phenomenological calculations. In addition, the Unitarity Triangle (UT) analysis can be used to constrain the parameter space in possible new physics (NP) scenarios. We update here also the UT analysis beyond the SM by the UTfit collaboration. All of the available experimental and theoretical information on $ΔF=2$ processes is reinterpreted including a model-independent NP parametrisation. We determine the allowed NP contributions in the kaon, $D$, $B_d$, and $B_s$ sectors and, in various NP scenarios, we translate them into bounds for the NP scale as a function of NP couplings.

研究の動機と目的

• 最新の実験的および理論的入力を用いて、標準模型におけるユニタリティトライアングルの包括的グローバルフィットを実行すること。
• 完全に除外される崩壊と包含的崩壊からの$V_{ub}/V_{cb}$決定における緊張を、約3.3–3.4σで定量化すること。
• 標準模型を越えて、K、D、$B_d$、$B_s$系における$\Delta F=2$過程におけるモデルに依存しないNP寄与を制約すること。
• ウィルソン係数の制約を、さまざまなNPシナリオにおける新しい物理スケール$\Lambda$の下限に翻訳すること。
• ループ抑制およびフレーバー構造のNPスケールの下限に与える影響を評価することで、LHCにおけるNPモデルの妥当性を評価すること。

提案手法

• LHCbの測定を対角バンドとして組み込むことにより、$\sigma=1$の懐疑的手法を模倣した2次元平均手順を用いて、半レプトン的$B$崩壊からの$V_{ub}$および$V_{cb}$入力を統合する。
• Heavy Flavour Averaging Group（HFLAV）からの最新の実験的入力と、FLAGからの格子QCD結果を用い、$N_f=2+1+1$および$N_f=2+1$の決定を平均化する。
• $\varepsilon_K$、$\Delta m_d$、$\Delta m_s$、$\sin 2\beta$、$\alpha$、$\gamma$からの制約を用いて、$\overline{\rho}$–$\overline{\eta}$平面におけるグローバルフィットを実施する。
• 標準模型のフィットを拡張し、$H_{\mathrm{eff}}^{\mathrm{full}} = H_{\mathrm{eff}}^{\mathrm{SM}} + H_{\mathrm{eff}}^{\mathrm{NP}}$を介して、$\Delta F=2$有効ハミルトニアンにおけるモデルに依存しないNP寄与を含める。NPパラメータとして$A_q^{\mathrm{NP}}$および$\phi_q^{\mathrm{NP}}$を導入する。
• ウィルソン係数$C_i(\Lambda) \sim F_i L_i / \Lambda^2$の制約を、$F_i \sim L_i \sim 1$またはNMFVのような特定のフレーバー構造を仮定することで、NPスケール$\Lambda$の下限に翻訳する。
• ループ媒介されたシナリオにおけるNPスケールの下限を精緻化するために、ループ抑制因子（$\alpha_s \sim 0.1$、$\alpha_W \sim 0.03$）を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最新の実験的および格子QCDの入力を踏まえた標準模型におけるユニタリティトライアングルの現在の状態は何か？
• RQ2 $V_{cb}$および$V_{ub}$の決定における持続的な3.3σおよび3.4σの緊張は、グローバルなSMフィットにどのように影響するか？
• RQ3 K、D、$B_d$、$B_s$系における$\Delta F=2$過程における新しい物理寄与の許容範囲は何か？
• RQ4 現在の実験的制約を踏まえた一般およびNMFVシナリオにおける新しい物理スケール$\Lambda$に下限を設定できるか？
• RQ5 ループ抑制およびフレーバー構造は、LHCにおけるNPモデルの妥当性にどのように影響するか？

主な発見

• グローバルなSMフィットにより、$\overline{\rho} = 0.154 \pm 0.029$および$\overline{\eta} = 0.377 \pm 0.029$が得られ、標準模型の図像と整合的である。
• $V_{ub}/V_{cb}$の不一致は約3.3–3.4σで持続しており、$|V_{cb}|$対$|V_{ub}|$平面において、完全に除外される崩壊と包含的崩壊からの入力が顕著に異なる結果をもたらしている。
• 任意のフレーバー構造を持つ一般NPシナリオでは、K系における制約（Im $C_K^4$）が最も強く、$\Lambda_{\mathrm{gen}} > 5.0 \times 10^5$ TeVが得られる。
• NMFVシナリオでは、依然としてK系が最もきびしい制約を提供し、$\Lambda_{\mathrm{NMFV}} > 114$ TeVとなる。$B_s$系は強い二次的制約を提供する。
• ループ媒介された寄与では、$\alpha_W \sim 0.03$の因子により、NMFVの場合のNPスケールの下限は約11 TeVに低下するが、一般モデルではより強い抑制があっても依然として観測不能の範囲にとどまる。
• 演算子間の偶然的キャンセレーションが、導かれた制約を弱める可能性があるため、導出された制約はNP構造に関する特定の仮定の下でのみ堅牢である。