[论文解读] B -> K* mu+ mu- optimised observables in the MSSM

F. Mahmoudi, S. Neshatpour+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 9, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 28被引用 31

一句话总结

本文分析了LHCb优化后的 $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ 观测量对最小超对称标准模型（MSSM）的影响，表明尽管MSSM在整体上仍与实验数据相容，但 $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ 的约束在受限情形下已与 $b\to s\gamma$ 的约束强度相当。研究发现，$P_5'$ 与标准模型存在显著的 $2\sigma$ 张力，而MSSM解需要轻型带电粒子或轻型顶夸克超对称伴子才能与数据一致。

ABSTRACT

We provide a detailed analysis of the impact of the newly measured optimised observables in the B -> K* mu+ mu- decay by the LHCb experiment. The analysis is performed in the MSSM, both in the context of the usual constrained scenarios, and in the context of a more general set-up where the SUSY partner masses are independent. We show that the global agreement of the MSSM solutions with the data is still very good. Nevertheless, especially in the constrained scenarios, the limits from B -> K* mu+ mu- are now very strong, and are at the same level as the well-known b -> s gamma constraints. We describe the implications of the B -> K* mu+ mu- measurements both on the Wilson coefficients and on the SUSY parameters.

研究动机与目标

• 评估新测量的优化观测量 $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ 对MSSM参数空间的影响。
• 将 $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ 的约束与传统味物理观测量（如 $b\to s\gamma$ 和 $B_s\to\mu^+\mu^-$）的约束进行比较。
• 在LHCb数据背景下，探讨受限MSSM情景（CMSSM、NUHM）以及更一般的pMSSM框架的可行性。
• 识别能够解决观测到的 $P_5'$ 张力（特别是在 $[1,6]$ GeV 能区）的超对称参数区域。
• 将威尔逊系数的约束转化为对MSSM参数（如 $M_{\tilde{t}_1}$、$M_A$ 和 $\tan\beta$）的限制。

提出的方法

• 利用 $b\to s\ell\ell$ 和 $b\to s\gamma$ 数据对威尔逊系数进行全局拟合，整合LHCb的优化观测量 $P_i^{(\prime)}$。
• 使用有效场论将新物理贡献与威尔逊系数 $\delta\mathcal{C}_i$ 关联，其中 $\mathcal{H}_{\text{eff}}^\text{sl}$ 包含 $\mathcal{O}_7、\mathcal{O}_9、\mathcal{O}_{10}、\mathcal{O}_8、Q_1、Q_2$。
• 应用 $\{P_i^{(\prime)}\}$ 一组优化观测量，以最小化 $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ 衰变中的形式因子不确定性。
• 通过在电弱尺度上与有效理论匹配，计算MSSM对威尔逊系数的预测，使用 $\tilde{t}_1$、$\tilde{\chi}_1^{\pm}$、$M_A$ 和 $\tan\beta$ 作为关键参数。
• 通过统计分析比较MSSM预测与实验数据，重点关注 $[1,6]$ GeV 能区的 $P_5'$。
• 使用二维彩色图可视化参数空间依赖性，展示 $\langle P_5' \rangle_{[1,6]}$ 在 $M_{\tilde{t}_1}$–$M_{\tilde{\chi}_1^{\pm}}$、$M_{\tilde{t}_1}$–$M_A$ 和 $M_A$–$\tan\beta$ 平面上的分布。

实验结果

研究问题

• RQ1 MSSM能否容纳LHCb对优化后的 $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ 观测量的测量结果，特别是 $P_5'$ 的张力？
• RQ2 在受限MSSM情景下，$B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ 的约束强度与 $b\to s\gamma$ 相比如何？
• RQ3 在哪些MSSM参数空间区域（特别是 $M_{\tilde{t}_1}$、$M_{\tilde{\chi}_1^{\pm}}$、$M_A$ 和 $\tan\beta$）下，可以解决 $P_5'$ 的差异？
• RQ4 受限情景（CMSSM、NUHM）与更一般的pMSSM框架之间的约束有何不同？
• RQ5 MSSM中威尔逊系数之间的相关性在多大程度上影响其与 $b\to s\ell\ell$ 数据的全局相容性？

主要发现

• MSSM在整体上仍与 $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ 数据相容，但其约束在受限情景下已与 $b\to s\gamma$ 的约束强度相当。
• 在CMSSM中，由于味物理效应，赝标量希格斯玻色子质量被限制在约1 TeV以上，且与 $\tan\beta$ 无关。
• 在受限情景下，最轻的顶夸克超对称伴子质量必须超过约500 GeV，才能满足 $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ 的约束。
• 在pMSSM中，约束较弱，仅排除了 $M_A$ 和 $M_{\tilde{t}_1}$ 同时较轻，或 $M_A$ 较轻且 $\tan\beta$ 较大的情形。
• $P_5'$ 观测量与标准模型预测（$-0.34 \pm 0.10$）和实验结果（$0.21 \pm 0.21 \pm 0.03$）之间存在 $2\sigma$ 张力，而包含轻型带电粒子或轻型顶夸克超对称伴子的MSSM模型可减小该张力。
• $[1,6]$ GeV 能区的 $P_5'$ 强度对 $M_{\tilde{t}_1}$ 和 $M_{\tilde{\chi}_1^{\pm}}$ 最为敏感，对其他参数（如 $M_A$ 或 $\tan\beta$）的依赖性最小。