[论文解读] Inclusive B -> X_s l^+ l^-: Complete angular analysis and a thorough study of collinear photons

Tobias Huber, Tobias Hurth+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 16, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 15

一句话总结

本文对包含粲末态的B̄→Xₛℓ⁺ℓ⁻衰变进行了完整的角动量分析，包括下一阶微扰QED修正和对共线光子的详细研究。该工作在全NNLO QCD、NLO QED和幂修正下，推导了所有角观测量的标准模型预测，并识别出在纯QCD中为零的新QED敏感观测量，为Belle II实验中的新物理探测提供了清晰的探针。

ABSTRACT

We investigate logarithmically enhanced electromagnetic corrections of all angular observables in inclusive B -> X_s l^+ l^-. We present analytical results, which are supplemented by a dedicated Monte Carlo study on the treatment of collinear photons in order to determine the size of the electromagnetic logarithms. We then give the Standard Model predictions of all observables, considering all available NNLO QCD, NLO QED and power corrections, and investigate their sensitivity to New Physics. Since the structure of the double differential decay rate is modified in the presence of QED corrections, we also propose new observables which vanish if only QCD corrections are taken into account. Moreover, we study the experimental sensitivity to these new observables at Belle II.

研究动机与目标

• 为包含对数QED修正的包含式B̄→Xₛℓ⁺ℓ⁻衰变提供一个全面的理论框架。
• 通过专用蒙特卡洛模拟量化共线光子对角观测量的影响。
• 在NNLO QCD、NLO QED和幂修正下，为所有角观测量提供精确的标准模型预测。
• 识别在无QED修正时为零的新角观测量，作为新物理的清晰信号。
• 评估这些新观测量在Belle II实验中的实验灵敏度。

提出的方法

• 在存在QED修正的情况下，对双微分衰变率进行完整的角分解。
• 采用有效场论方法，通过局部算符乘积展开（OPE）系统地包含QCD和QED修正。
• 实施蒙特卡洛模拟，以模拟并量化共线光子对角观测量的影响。
• 在NLO QED和NNLO QCD精度下计算所有角观测量，包括1/m_b²阶的幂修正。
• 在低q²和高q²区域，推导出分支比和角观测量的解析表达式。
• 提出对QED修正敏感的新观测量，这些观测量在纯QCD中为零，从而可作为新物理的清晰检验手段。

实验结果

研究问题

• RQ1 QED修正如何改变包含式B̄→Xₛℓ⁺ℓ⁻衰变中的角分布？
• RQ2 共线光子对这一衰变模式中角观测量的定量影响是什么？
• RQ3 哪些新角观测量对QED修正敏感，因而可作为新物理的探针？
• RQ4 全NNLO QCD与NLO QED修正如何影响分支比和角观测量的理论预测？
• RQ5 在Belle II实验中，对这些新QED敏感观测量的预期实验灵敏度如何？

主要发现

• NLO QED修正的引入改变了双微分衰变率的结构，引入了在纯QCD中不存在的新角依赖性。
• 本文识别出在无QED修正时为零的新角观测量，为标准模型之外的新物理提供了清晰的信号。
• 蒙特卡洛模拟证实，共线光子效应显著，必须包含在包含衰变模式的精确预测中。
• 在低和高轻子对质量区域，提供了包含全NNLO QCD和NLO QED修正的分支比理论预测：B̄→Xₛℓ⁺ℓ⁻(low) ≈ (1.58 ± 0.37)×10⁻⁶ 和 B̄→Xₛℓ⁺ℓ⁻(high) ≈ (0.48 ± 0.10)×10⁻⁶。
• LHCb测量的R_K与标准模型存在2.6σ的偏离，而包含模式为这类异常提供了理论上清晰的交叉检验。
• 本文给出了电子和μ子末态中分支比和角观测量的显式解析表达式，包括威尔逊系数的实部和虚部。