[论文解读] Direct and indirect searches for New Physics

F. Mahmoudi|arXiv (Cornell University)|May 14, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用 10

一句话总结

本文对味物理中的间接约束进行了全面分析，重点关注大型强子对撞机底夸克实验（LHCb）关于 $B_s\to\mu^+\mu^-$ 和 $B\to K^*\mu^+\mu^-$ 衰变的最新结果。研究表明，这些稀有衰变为直接搜寻提供了强大且互补的约束，尤其是在大 $\tan\beta$ 区域，其中 $B_s\to\mu^+\mu^-$ 的分支比上限（$<4.5\times10^{-9}$）强烈抑制了新物理贡献。

ABSTRACT

An overview of the indirect constraints from flavour physics on supersymmetric models is presented. We study in particular constraints from Bs -&gt; mu+mu- and B -&gt; K* mu+mu-, emphasising on the new LHCb results. We show that these rare transitions provide valuable information in the search for new physics and are complementary to the direct searches.

研究动机与目标

• 评估近期 LHCb 测量结果对超对称模型中间接约束的影响。
• 评估稀有 $B$ 衰变与直接对撞机搜寻新物理之间的互补性。
• 量化 $B_s\to\mu^+\mu^-$ 和 $B\to K^*\mu^+\mu^-$ 观测量对现象学最小超对称标准模型（pMSSM）的约束。
• 证明在某些 MSSM 参数空间区域内，间接约束可超越直接搜寻的限制。
• 强调 $B\to K^*\mu^+\mu^-$ 中角观测量在探测中等 $\tan\beta$ 值中的作用。

提出的方法

• 使用有效场论描述通过 12 个局部算符的 $b\to s$ 转变，包括 $O_9$、$O_{10}$ 以及新的标量/伪标量算符 $Q_1$、$Q_2$。
• 使用已知的异常维矩阵，从 $\mu \sim M_W$ 到 $\mu \sim m_b$ 进行跑动演化。
• 利用有效哈密顿量和标准模型输入，计算 $B_s\to\mu^+\mu^-$ 和 $B\to K^*\mu^+\mu^-$ 的分支比和角分布。
• 对 19 个参数的现象学最小超对称标准模型（pMSSM）进行平坦扫描，施加来自 LHCb 和 CMS 的 $B_s\to\mu^+\mu^-$ 限制。
• 利用 SuperIso 程序计算味观测量，包括 $B\to K^*\mu^+\mu^-$ 的角系数、正向-反向不对称性以及极化分数。
• 采用 Flavor Les Houches Accord（FLHA）标准，以确保味物理数据输入与输出的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 近期 LHCb 对 $B_s\to\mu^+\mu^-$ 的结果如何约束超对称模型的参数空间？
• RQ2 在 MSSM 参数空间的哪些区域，间接味约束会超越直接对撞机搜寻的限制？
• RQ3 $B\to K^*\mu^+\mu^-$ 衰变中的角观测量如何为 $B_s\to\mu^+\mu^-$ 提供互补信息？
• RQ4 在 pMSSM 中，$B_s\to\mu^+\mu^-$ 分支比限制在多大程度上抑制了大 $\tan\beta$ 区域？
• RQ5 未来测量总不确定度为 20% 时，对排除 pMSSM 点的预期影响是什么？

主要发现

• LHCb 对 $\text{BR}(B_s\to\mu^+\mu^-) < 4.5\times10^{-9}$ 在 95% 置信水平下的限制与标准模型预测 $(3.53\pm0.38)\times10^{-9}$ 非常一致，强烈限制了新物理贡献。
• pMSSM 中大 $\tan\beta$ 区域受到强烈抑制，当测量结果与标准模型一致且不确定度为 20% 时，允许点的密度降低了三倍。
• 在 ($M_A$, $\tan\beta$) 平面中，小 $M_A$ 与大 $\tan\beta$ 区域受 $B_s\to\mu^+\mu^-$ 约束影响最大。
• $B\to K^*\mu^+\mu^-$ 中的角观测量提供了关键的互补信息，尤其在中等 $\tan\beta$ 值区域，此时 $B_s\to\mu^+\mu^-$ 敏感度较低。
• 若 $\text{BR}(B_s\to\mu^+\mu^-)$ 的测量值低于标准模型预测，将排除一大类超对称模型。
• 随着理论和实验不确定度的降低，未来 $B\to K^*\mu^+\mu^-$ 的约束可能显著缩小可行的 MSSM 参数空间。