[论文解读] Numerical updates of lifetimes and mixing parameters of B mesons

Alexander Lenz, Ulrich Nierste|Durham Research Online (Durham University)|Feb 21, 2011

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用 25

一句话总结

本文更新了B介子混合参数的规范模型预测，包括ΔMs、ΔΓs及味特定衰变中CP破坏不对称性的改进不确定性。报告指出，ΔΓs和a1fs^s的理论误差显著降低，主要得益于对CKM矩阵元和B介子衰变常数的更精确输入；同时强调，DØ实验在B–B̄混合中发现与新物理存在3.6σ的张力。

ABSTRACT

We update the Standard-Model predictions for several quantities related to $B_s - \bar B_s$ and $B_d - \bar B_d$ mixing. The mass and width differences in the $B_s$ system read $ ΔM_s^{ m SM} = (17.3 \pm 2.6) ps^{-1}$ and $ΔΓ_s^{ m SM}= (0.087 \pm 0.021) ps^{-1}$, respectively. The CP asymmetries in flavour-specific decays are $a_{ m fs}^{s, m SM} = (1.9 \pm 0.3) \cdot 10^{-5}$ and $a_{ m fs}^{d, m SM} = - (4.1 \pm 0.6) \cdot 10^{-4}$. We further critically discuss the sensitivity of $ΔΓ_d$ to new physics and the uncertainties in the relation between $ΔΓ_s$ and the branching fraction of $B_s o D_s^{(*)}{}^+ D_s^{(*)}{}^-$. Then we present a numerical update of the average width $Γ_s$ in the $B_s$ system and correlate $Γ_s$ with the $B^+$-$B_d$ lifetime ratio. Finally we summarise the key results of our recent global analysis with the CKMfitter collaboration addressing new physics in $B - \bar B$-mixing. In an appropriately defined scenario parametrising new physics in $B - \bar B$-mixing by two complex parameters $Δ_d$ and $Δ_s$ the Standard-Model point {$Δ_d=Δ_s=1$} is disfavoured by 3.6 standard deviations.

研究动机与目标

• 使用改进的理论输入，更新B_s–B̄_s与B_d–B̄_d混合参数的规范模型预测。
• 通过整合近期的格点QCD和CKM拟合结果，减少ΔΓs和CP不对称性a_fs^s的理论不确定性。
• 评估ΔΓd对新物理贡献的敏感性，以及ΔΓs与B̄_s → D_s^{(*)+}D_s^{(*)-}分支比之间的关系。
• 评估DØ实验对A_SL的测量与SM预测之间的全局张力，表明B–B̄混合中可能存在新物理。

提出的方法

• 使用重夸克展开（HQE）计算Γ^q_12，包含α_s的NLO修正和1/m_b项。
• 采用新的算符基以避免数值抵消，提升HQE展开的收敛性。
• 通过传播输入参数（如f_Bs、B_Bs、|V_ub|、|V_cb|和α_s）的不确定性，执行全局误差分析。
• 通过蒙特卡洛传播输入不确定性的方法，计算ΔΓs/ΔMs与CP不对称性a_fs^s，并分配误差预算。
• 将DØ实验对A_SL的测量与SM预测进行比较，量化与新物理的张力。
• 采用双参数复数参数化（Δ_d, Δ_s）在全局拟合框架下检验B–B̄混合中的新物理。

实验结果

研究问题

• RQ1 在理论不确定性改进的前提下，B_s系统中ΔMs与ΔΓs的更新SM预测为何？
• RQ2 近期格点QCD与CKM拟合结果如何降低a_fs^s与ΔΓs/ΔMs的不确定性？
• RQ3 ΔΓd对B–B̄混合中新物理贡献的敏感性如何？
• RQ4 DØ实验对A_SL的测量与SM预测相比如何？这暗示了什么新物理信号？
• RQ5 SM点（Δ_d = Δ_s = 1）是否与B–B̄混合的全局数据一致？

主要发现

• 更新的SM预测中，ΔMs为(17.3 ± 2.6) ps⁻¹，ΔΓs为(0.087 ± 0.021) ps⁻¹，理论不确定性显著降低。
• 味特定B_s衰变中的CP不对称性预测为a_fs^s,SM = (2.11 ± 0.36) × 10⁻⁵，误差从27.9%降至17.3%。
• ΔΓs/ΔMs的预测值为50.4 × 10⁻⁴，总不确定性为20.1%，由于衰变常数依赖性的抵消，未见改善。
• ΔΓs的主要不确定性来源于受抑制幂次算符R̃₂的矩阵元，其由参数B̃_R₂表征。
• 基于CKMfitter的全局分析表明，SM点（Δ_d = Δ_s = 1）被3.6个标准差所排斥，表明与新物理存在强烈张力。
• DØ实验结果A_SL^DØ = -0.00957 ± 0.00251 ± 0.00146与SM预测偏离3.2σ，中心值相差达42倍。