[论文解读] Lessons for new physics from CKM studies

Jack Laiho, Enrico Lunghi+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用 6

一句话总结

本文使用更新的实验数据与格点QCD输入，对CKM幺正三角形进行全局拟合，揭示了与标准模型不一致的约3σ张力。该张力最可能由B介子混合或B→τν衰变中的新物理所解释，新物理的优选能标为几百GeV量级。

ABSTRACT

We perform a global fit to the CKM unitarity triangle using the latest experimental and theoretical constraints. We present results for three different sets of constraints: the standard inputs used by CKMfitter and UTFit, the standard inputs minus |Vub|, and the standard inputs minus both |Vub| and |Vcb|. For the required nonperturbative weak matrix elements, we use three-flavor lattice QCD averages from www.latticeaverages.org; these have been updated to reflect all available lattice calculations as of the "End of 2010". Given current theoretical and experimental inputs, we observe an approximately 3σ tension in the CKM unitarity triangle that can be interpreted as sign of physics beyond the standard model in the flavor sector. Using a model-independent parameterization of new physics effects, we test the compatibility of new physics in kaon mixing, in B-mixing, or in B ightarrow τ ν decay with the current data. Although the tension could be accommodated with each hypothesis, the scenarios with new physics in B-mixing or, to a lesser extent, in B ightarrow τ ν decay are strongly preferred. Finally, we interpret these results in terms contributions to ΔS = 2 and ΔB = 2 four-fermion operators. We find that the preferred scale of new physics (with Standard Model like couplings) is in the few hundred GeV range.

研究动机与目标

• 利用最新的实验数据与格点QCD输入，量化独立的CKM矩阵元测定之间的张力。
• 在模型无关的框架下，检验新物理在kaon混合、B介子混合或B→τν衰变中与当前数据的相容性。
• 通过分析ΔS=2与ΔB=2四费米子算符的约束，识别味物理中可能的新物理来源。
• 确定与观测到的CKM幺正三角形张力一致的新物理能量标度。
• 使用截至2010年底的所有可用三重夸克结果，更新非微扰矩阵元的格点QCD平均值。

提出的方法

• 使用三组输入数据对CKM幺正三角形进行全局拟合：标准输入、不含|V_ub|的输入，以及同时不含|V_ub|与|V_cb|的输入。
• 采用来自www.latticeaverages.org的更新三重夸克格点QCD平均值，整合截至2010年底的所有结果。
• 通过模型无关的方式，将新物理效应参数化为ΔS=2与ΔB=2四费米子算符的贡献。
• 利用无关联的格点输入（f_Bs√B̂_s、ξ与B̂_d）构建幺正三角形约束，以最小化相关性。
• 通过将|V_cb|与|V_ub|平均值的误差乘以卡方自由度的平方根，来考虑包含-排除差异的影响。
• 将全局拟合的预测与实验测量值进行比较，包括ε_K、ΔM_Bd、ΔM_Bs、S_ψK、BR(B→τν)以及CP不对称性。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否存在一个统计上显著的CKM幺正三角形张力，无法由标准模型解释？
• RQ2 在kaon混合、B介子混合或B→τν衰变中，哪种新物理情景最能解释观测到的张力？
• RQ3 能够解决CKM幺正三角形张力的新物理的优选能量标度是什么？
• RQ4 更新的三重夸克格点QCD平均值如何影响幺正三角形张力的解释？
• RQ5 inclusive与exclusive方法对|V_cb|与|V_ub|测定之间的差异，在未校正模型不确定性时，对全局拟合的影响程度如何？

主要发现

• 当使用最新的实验数据与格点QCD输入进行拟合时，在CKM幺正三角形中观察到约3σ的张力。
• 该张力最强烈地被B介子混合中的新物理贡献所容纳，B→τν衰变也显著优于标准模型的描述。
• 基于全局拟合的似然度，kaon混合中的新物理不如B介子混合或B→τν衰变受青睐。
• 具有标准模型类似耦合的新物理，其优选能标位于几百GeV量级。
• 纳入更新的三重夸克格点QCD平均值（f_Bs√B̂_s、ξ与B̂_d）可降低相关性，并提高幺正三角形约束的精度。
• 当未对模型不确定性进行校正时，inclusive与exclusive方法对|V_ub|测定的差异上升至3.3σ，显著贡献于观测到的张力。