[论文解读] Correlating new physics signals in $B o D^{(*)} au u_{ au}$ with $B o au u_{ au}$

Soumitra Nandi, Amarjit Soni+1 more|arXiv (Cornell University)|May 23, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 19被引用 4

一句话总结

本文提出了一项新可观测量 Rτ(D(∗)) = R(D(∗))/B(B→τντ)，以关联半轻衰变 B→D(∗)τν 与纯轻衰变 B→τν，从而降低 τ 识别带来的系统误差。该比值在 BABAR 与 Belle 的数据中均与标准模型一致，表明 R(D(∗)) 中的新物理信号可能被实验误差所掩盖，强调了精确测量 B(B→τντ) 对检验 2HDM-II 等模型的必要性。

ABSTRACT

Semileptonic and purely leptonic decays of B meson to $ au$, such as $B o D^{(\ast)} au u_{ au}$ and $B o au u_ au$ are studied. Recognizing that there already were some weak hints of possible deviations from the SM in the measurements of $\mathcal{B}(B o au u_ au)$ by \Babar~and Belle and the fact that detection of the $ au$ also occurs in the measurements of $B o D^{(\ast)} au u_{ au}$, we stress the importance of joint studies of these processes, whenever possible. For this purpose, as an illustration, we introduce the observable, $\mathcal{R}(D^{(*)})/\mathcal{B}(B o au u_ au)$ where, for one thing, the unknown systematics due to $ au$ identification are expected to largely cancel. We show that all measurements of this observable are consistent with the existing data, within somewhat largish experimental errors, with the predictions of the SM. We stress that precise experimental measurement and comparison with theory of the branching ratio for $B o au u_ au$ is extremely important for a reliable search of new physics. Furthermore, in view of the anticipated improved precision in experiments in the next few years, in addition to $\mathcal{R}(D^{(*)})$, host of other ratios analogous to $\mathcal{R}(D^{(*)})/\mathcal{B}(B o au u_{ au})$ in the SM are suggested for lattice calculations as well, so that for more stringent tests of the SM, correlations in lattice calculations can be properly taken into account to enhance precision.

研究动机与目标

• 通过将 R(D(∗)) 与 B(B→τντ) 关联，减少 B 衰变中 τ 轻子识别带来的系统误差。
• 利用组合可观测量检验 R(D(∗)) 中新物理信号与标准模型的一致性。
• 强调精确实验测量 B(B→τντ) 对可靠新物理搜索的关键重要性。
• 倡导对类似比值（如 Rτ(π)，Rτ(M∗)）开展格点 QCD 计算，以提高精度并考虑相关性。

提出的方法

• 提出新可观测量：Rτ(D(∗)) = R(D(∗))/B(B→τντ)，其中 R(D(∗)) 为 B→D(∗)τν 与 B→D(∗)lν 分支比之比。
• 利用 BABAR、Belle 与 LHCb 的实验数据评估 Rτ(D(∗)) 并与标准模型预测比较。
• 对比例进行模型无关分析，以评估 τ 检测系统误差的抵消效果。
• 分析 2HDM-II 对 Rτ(D(∗)) 的影响，表明新物理贡献可能在比值中相互抵消。
• 提出其他半轻衰变（如 B→πτν，B→ρτν）的类比比值，以供未来格点计算使用。
• 利用 Rτ(D(∗)) 评估 2HDM-II 参数空间的约束，并与仅基于 B(B→τντ) 的约束进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 比值 Rτ(D(∗)) 是否能减少 B 衰变中 τ 识别带来的系统误差？
• RQ2 当与 B(B→τντ) 测量结果结合时，R(D(∗)) 观测到的偏离标准模型是否与标准模型一致？
• RQ3 新物理贡献在 Rτ(D(∗)) 中的抵消程度如何？这对 2HDM-II 的约束有何影响？
• RQ4 未来对 B(B→τντ) 的高精度测量如何提升对半轻 B 衰变中新物理的探测灵敏度？
• RQ5 格点 QCD 在计算类似 Rτ(D(∗)) 的关联比值方面可发挥何种作用，以增强精度？

主要发现

• 尽管 BABAR 报告了 R(D(∗)) 显著偏离，但可观测量 Rτ(D(∗)) 在实验误差范围内与标准模型一致。
• 目前 B(B→τντ) 的大实验不确定性掩盖了潜在的新物理贡献，表明精确测量该分支比至关重要。
• 在 MH > 500 GeV 且 tanβ < 25 的区域，Rτ(D(∗)) 并未排除 2HDM-II 参数空间，与早期 BABAR 的排除结果相矛盾。
• 从 B(B→τντ) 得到的 tanβ 约束与 Rτ(D(∗)) 的约束相当，表明 B(B→τντ) 是探测新物理的有力工具。
• 由于当前上限限制，B(B→πτν)/B(B→τντ) 比值仍无法约束，但未来高精度测量可提升探测灵敏度。
• 建议开展类似比值（如 Rτ(π)，Rτ(M∗)）的格点计算，以准确考虑相关性，并在未来的标准模型检验中提升精度。