[论文解读] New physics correlations in rare decays

David M. Straub|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 14被引用 22

一句话总结

本文研究了稀有B和K衰变之间的关联，以识别标准模型之外的新物理（NP）的手征性和味结构。通过有效场论中的威尔逊系数分析，表明同时测量 $B\to K^{*} u\bar{\nu}$ 和 $B\to K\nu\bar{\nu}$ 衰变可以区分左手和右手新物理流，且与SM类似关联的偏离表明两种手征性中均存在新物理。

ABSTRACT

This talk gives an overview of correlations between new physics effects in rare B and K decays arising in concrete models or on a model-independent basis and discusses how these correlations can be utilized to distinguish between different classes of new physics scenarios.

研究动机与目标

• 识别稀有B和K衰变之间的关联如何区分不同新物理情景。
• 探索稀有衰变在探测标准模型之外物理味结构中的作用，特别是在LHC时代。
• 证明截然不同的和包含的 $b\to s\nu\bar{\nu}$ 衰变对新物理威尔逊系数提供互补约束。
• 表明 $B\to K^{*}\nu\bar{\nu}$ 和 $B\to K\nu\bar{\nu}$ 衰变之间的关联可揭示新物理贡献的手征性（左或右手）。
• 认为稀有衰变对于区分具有相似LHC信号的新物理模型至关重要，尤其是在味结构起关键作用时。

提出的方法

• 使用威尔逊系数 $C_i^{ij}$ 的有效场论描述新物理对 $b\to s$、$b\to d$ 和 $s\to d$ 衰变的贡献。
• 通过有效哈密顿量 $\mathcal{H}_{\text{eff}}^{d_i\to d_j}$ 进行模型无关分析，重点关注算符 $Q_7$ 到 $Q_{10}$、$Q_S$、$Q_P$ 和 $Q_{L,R}$。
• 引入两个实数组合 $\epsilon$ 和 $\eta$ 来参数化 $b\to s\nu\bar{\nu}$ 衰变中的新物理效应，将其与分支比和极化分数联系起来。
• 利用 $K^*\to K\pi$ 的角度分析提取纵向极化分数 $F_L$，其依赖于 $C_L^{bs}$ 和 $C_R^{bs}$。
• 通过假设 $Z$-泡利子主导，利用包含衰变 $B\to X_s\ell^+\ell^-$ 约束新物理，限制 $C_L^{bs}$–$C_R^{bs}$ 平面。
• 在三种策略下分析关联：算符主导、最小味破坏（MFV）和具体新物理模型，以预测可观测量的模式。

实验结果

研究问题

• RQ1 稀有B和K衰变之间的关联如何帮助区分具有相似LHC信号的不同新物理情景？
• RQ2 同时测量 $B\to K^{*}\nu\bar{\nu}$ 和 $B\to K\nu\bar{\nu}$ 对识别新物理手征性结构有何影响？
• RQ3 包含衰变 $B\to X_s\ell^+\ell^-$ 的衰变率在多大程度上约束了 $b\to s\nu\bar{\nu}$ 衰变中的新物理贡献？
• RQ4 味对称性如最小味破坏如何预测不同 $b\to s$、$b\to d$ 和 $s\to d$ 衰变之间的关联？
• RQ5 在标准模型预测已知的情况下，专属衰变如 $B\to K^{*}\nu\bar{\nu}$ 在探测标准模型之外的新物理中起什么作用？” ],

主要发现

• $\text{BR}(B\to K^{*}\nu\bar{\nu})$ 和 $\text{BR}(B\to K\nu\bar{\nu})$ 之间的关联取决于比值 $\eta = -\text{Re}(C_L^{bs} C_R^{bs*}) / (|C_L^{bs}|^2 + |C_R^{bs}|^2)$，其中 $\eta=0$ 表示仅存在左手流。
• 如果新物理仅通过 $C_L^{bs}$ 进入，则两个分支比均匀缩放，在 $\epsilon$–$\eta$ 平面中形成直线关联。
• 如果新物理通过 $C_R^{bs}$ 进入而 $C_L^{bs}$ 保持为标准模型值，则两个分支比呈反相关，在 $\epsilon$–$\eta$ 平面中形成独特曲线。
• 任何对 $C_R=0$ 和 $C_L=C_L^{\text{SM}}$ 曲线的偏离都将表明新物理在左右手流中均有贡献。
• 在低-$q^2$ 区域，假设 $Z$-泡利子主导，包含衰变 $B\to X_s\ell^+\ell^-$ 将 $C_L^{bs}$–$C_R^{bs}$ 平面限制在图4中的狭窄红色带内，排除了大偏离。
• 专属衰变 $B\to K^{*}\nu\bar{\nu}$ 和 $B\to K\nu\bar{\nu}$ 对新物理手征性的敏感度高于 $B\to X_s\nu\bar{\nu}$，使其在识别新物理本质方面至关重要。