[論文レビュー] Updates on SM predictions of $|V_{cb}|$ and $R(D^{*})$ in $B o D^{*}\ell u_\ell$ decays

Sneha Jaiswal, Soumitra Nandi+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 23被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、B → D*ℓνℓ 衰えにおけるR(D*)の標準模型予測を、最新のBelle共同研究の微分衰え分布データを用いて更新し、同時にベイズ的フィッティングフレームワークを用いて|Vcb|を抽出している。更新されたSM予測におけるR(D*)は0.251 (4/5)であり、世界平均値（約3σ）と整合的である。また、B → D*τντ 衰えにおける角度観測量の予測も含み、FL(D*)の測定値と2σの整合性を示している。

ABSTRACT

We update the standard model (SM) predictions of $R(D^*)$ using the latest results on the decay distributions in $B o D^* \ell u_{\ell}$ ($\ell = \mu, e$) by Belle collaboration, while extracting $|V_{cb}|$ at the same time. Depending on the inputs used in the analysis, we define various fit scenarios. Although the central values of the predicted $R(D^*)$ in all the scenarios have reduced from its earlier predictions in 2017, the results are consistent with each other within the uncertainties. In this analysis, our prediction of $R(D^*)$ is consistent with the respective world average at $\sim 3\sigma$. We have also predicted several angular observables associated with $B o D^* au u_{ au}$ decays. We note that the predicted $F_L(D^*)$ is consistent with the corresponding measurement at 2$\sigma$. Utilizing these new results, we fit the Wilson coefficients appearing beyond the standard model of particle physics (BSM). To see the trend of SM predictions, we have utilized the recently published preliminary results on the form-factors at non-zero recoil by the lattice groups like Fermilab-MILC and JLQCD and predicted the observables in $B o D^* \ell u_{\ell}$, and $B o D^* au u_{ au}$ decays.

研究の動機と目的

• 論文の目的は、最新の実験的データを用いて、B → D*ℓνℓ 衰えにおけるR(D*)の標準模型予測の精度を向上させることである。
• 新規Belle測定と格子フォーム因子入力を組み込むことで、|Vcb|の不確実性を低減して抽出することを目的としている。
• 特に低反動領域において、標準模型の予測と実験的データの整合性を評価し、新しい物理の兆候が現れる可能性を検討している。
• フォーム因子のパラメータ化方法や格子入力の違いが、R(D*)および角度観測量に与える影響を調査している。
• R(D*)および角度分布のずれをモデルに依存しない分析により、新しい物理のウィルソン係数に制約を課している。

提案手法

• 著者らは、B → D*ℓνℓ の微分衰え分布をフィットするためのベイズ的統計フレームワークを採用し、すべての未知パラメータを確率分布をもつ確率変数として扱っている。
• フォーム因子には、Caprini-Lellouch-Neubert (CLN) および BGL パラメータ化を用い、非零反動領域におけるFermilab-MILCおよびJLQCDの格子QCD結果を組み込んでいる。
• 分析では、Belle 2019のq²チャンクごとの微分分岐率測定値へのフィットに加え、MILCおよびJLQCDの格子入力と組み合わせている。
• フィットされたフォーム因子を用いて、B → D*τντ 衰えにおける角度観測量（例：FL(D*))を計算し、実験的測定値と比較している。
• 過剰適合を防ぎ、妥当性を高めるために、アカイケ情報基準（AIC）を用いて最適なBGL係数の数を決定している。
• R(D*)および角度分布の観測されたずれに、ベクトル、スカラー、テンソル型のオペレーターのウィルソン係数をフィットすることで、新しい物理の制約を導出している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最新のBelle 2019データにおける微分衰え分布を用いた場合、R(D*)の標準模型予測はどのように更新されるか？
• RQ2 従来の頻度主義的手法と比較して、ベイズ的フィッティングアプローチを用いることで、|Vcb|およびR(D*)の不確実性はどの程度改善されるか？
• RQ3 B → D*τντ 衰えにおけるR(D*)および角度観測量の予測は、現在の実験的測定値とどの程度整合するか？
• RQ4 MILCおよびJLQCDの格子QCDフォーム因子は、低反動および高反動領域において実験データとどの程度整合するか？
• RQ5 継続的なR(D*)の異常を踏まえて、B → D*ℓνℓ 衰えにおける新しい物理のウィルソン係数にどの程度の制約を課すことができるか？

主な発見

• 更新されたSM予測におけるR(D*)は0.251 (4/5)であり、以前の推定値から低下しており、世界平均値0.258 ± 0.005と約3σで整合的である。
• Belleデータのみを用いた場合の抽出された|Vcb|値は39.37 (107/121) × 10⁻³であり、2017年の分析と比較して不確実性が顕著に低減されている。
• FL(D*)の予測は2σで測定値と整合的であるが、実験中央値よりもわずかに低めに位置している。
• 格子QCD（MILCおよびJLQCD）によるフォーム因子予測は、高反動領域ではデータ駆動型フィットと良好に一致しているが、低反動チャンクでは約3–4σの不一致が生じている。
• 最も支持される新しい物理のシナリオは、左巻きのベクトルクォークカレント型オペレーターであるが、右巻きのスカラー電流はデータによって不支持されている。
• LCSRを用いない格子入力のみの結果から得られたR(D*)は0.252 (6/7)であり、データ駆動型フィットと整合的で、入力手法に依存しないSM予測の頑健性を示している。