[论文解读] Semileptonic B Decays

V. Lüth|arXiv (Cornell University)|Sep 20, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文报告了从 B̄→D(*)τ⁻ν̄ 衰变中测量的 𝒮(D) 和 𝒮(D*) 比值的新结果，分别在 2.0σ 和 2.7σ 的显著性水平上显示出与标准模型（SM）预测的显著偏离，联合偏离达到 3.4σ。该过剩无法通过类型 II 二Higgs双plet模型中的带电Higgs玻色子来解释，提示可能存在超出标准模型的新物理。

ABSTRACT

The following is an overview of the measurements of the CKM matrix elements V_cb and V_ub that are based on detailed studies of semileptonic B decays by the BABAR and Belle Collaborations and recent advances in QCD calculations. In addition, a new and improved measurement of the ratios R(D^(*))= BF(Bbar --> D^(*) tau^- nu_tau)/BF(Bbar -->D^(*) ell^- nu_ell) is presented. Here D^(*) refers to a D or a D^* meson and ell is either e or mu. The results, R(D) = 0.440 +/- 0.058 +/- 0.042 and R(D^*)= 0.332 +/- 0.024 +/- 0.018, exceed the Standard Model expectations by 2.0 s.d. and 2.7 s.d, respectively. Taken together, they disagree with these expectations at the 3.4 s.d. level. The excess of events cannot be explained by a charged Higgs boson in the type II Two-Higgs-Doublet Model.

研究动机与目标

• 精确测量半轻衰变中 𝒮(D) 和 𝒮(D*) 比值，以检验标准模型预测。
• 评估这些比值与标准模型的一致性，并约束新物理贡献。
• 评估在 τ 轻子末态中观测到的过剩是否可由类型 II 二Higgs双plet模型中的带电Higgs玻色子解释。
• 通过 B→D(*)τ⁻ν̄ 衰变中的极化和运动学分布识别潜在的新物理信号。
• 解决 |V_{cb}| 和 |V_{ub}| 的精确测量与包含测量之间持续存在的张力。

提出的方法

• 利用 B A B AR 实验的数据测量分支比 𝒮(D) = 𝒷(B→Dτ⁻ν̄)/𝒷(B→Dℓ⁻ν̄) 和 𝒮(D*) = 𝒷(B→D*τ⁻ν̄)/𝒷(B→D*ℓ⁻ν̄)。
• 采用详细的重建和事件选择技术，分离出带有 τ 轻子的 D 和 D* 衰变。
• 应用理论形式因子和 QCD 计算，对精确衰变中的强子矩阵元进行建模。
• 对微分衰变率进行联合拟合，以更高精度提取 |V_{cb}| 和 |V_{ub}|。
• 模拟非标准模型贡献，包括类型 II 2HDM 中的带电Higgs玻色子，以与数据对比。
• 使用重加权技术评估 τ 极化和角分布对测量比值的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 测量得到的比值 𝒮(D) 是否偏离标准模型预测？若偏离，偏离程度如何？
• RQ2 测量得到的比值 𝒮(D*) 是否偏离标准模型预测？其偏离的显著性如何？
• RQ3 在 B→D(*)τ⁻ν̄ 衰变中观测到的过剩是否可由类型 II 二Higgs双plet模型中的带电Higgs玻色子解释？
• RQ4 当联合考虑 𝒮(D) 和 𝒮(D*) 的偏离时，其联合显著性是多少？
• RQ5 精确测量与包含测量之间在 |V_{cb}| 和 |V_{ub}| 上的张力是否与当前的理论和实验不确定性一致？

主要发现

• 测量得到的比值 𝒮(D) = 0.440 ± 0.058 ± 0.042 比标准模型预测高出 2.0σ。
• 测量得到的比值 𝒮(D*) = 0.332 ± 0.024 ± 0.018 比标准模型预测高出 2.7σ。
• 测量比值与标准模型预期之间的联合偏离达到 3.4σ 的显著性。
• 在 τ 轻子末态中观测到的过剩无法由类型 II 二Higgs双plet模型中的带电Higgs玻色子解释。
• 当 m_{H⁺} > 15 GeV 时，类型 II 2HDM 在 99.8% 置信水平下被排除，且该区域已被 B→X_sγ 测量排除。
• 结果提示存在超出标准模型的新物理，可能在其他版本的二Higgs双plet模型中实现。