[论文解读] Unitarity Triangle Analysis in the Standard Model and Beyond

C. Alpigiani, A. J. Bevan+13 more|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 11被引用 12

一句话总结

本文使用更新的实验和格点QCD输入，在标准模型（SM）及其之外对全局单位三角形进行了分析，以改进CKM矩阵的约束。研究确立了对新物理（NP）尺度的严格下限——在一般情形下超过500 TeV，在次最小味破坏（NMFV）模型中为114 TeV，凸显了实现LHC可探测NP尺度所需对圈图的抑制。

ABSTRACT

Flavour physics represents a unique test bench for the Standard Model (SM). New analyses performed at the LHC experiments are now providing unprecedented insights into CKM metrology and new evidences for rare decays. The CKM picture can provide very precise SM predictions through global analyses. We present here the results of the latest global SM analysis performed by the UTfit collaboration including all the most updated inputs from experiments, lattice QCD and phenomenological calculations. In addition, the Unitarity Triangle (UT) analysis can be used to constrain the parameter space in possible new physics (NP) scenarios. We update here also the UT analysis beyond the SM by the UTfit collaboration. All of the available experimental and theoretical information on $ΔF=2$ processes is reinterpreted including a model-independent NP parametrisation. We determine the allowed NP contributions in the kaon, $D$, $B_d$, and $B_s$ sectors and, in various NP scenarios, we translate them into bounds for the NP scale as a function of NP couplings.

研究动机与目标

• 使用最新的实验和理论输入，对标准模型中的单位三角形进行全面的全局拟合。
• 量化从半轻衰变中确定的$V_{ub}/V_{cb}$之间的张力，该张力在~3.3–3.4σ水平下依然存在。
• 通过在kaon、$D$、$B_d$和$B_s$系统中约束$Δ F=2$过程中的模型无关新物理贡献，将分析扩展至标准模型之外。
• 将对威尔逊系数的约束转化为各种新物理情景下新物理尺度$Λ$的下限。
• 通过评估圈图抑制和味结构对新物理尺度下限的影响，评估新物理模型在LHC中的可行性。

提出的方法

• 采用受怀疑方法启发的二维平均程序（$σ=1$），将来自半轻衰变$B$介子的$V_{ub}$和$V_{cb}$输入进行组合，将LHCb测量结果作为对角带纳入。
• 采用来自重味平均组（HFLAV）的更新实验输入和来自FLAG的格点QCD结果，对$N_f=2+1+1$和$N_f=2+1$的确定结果进行平均。
• 在$ί ho$–$ί a$平面中应用全局拟合，利用来自$ε_K$、$Δ m_d$、$Δ m_s$、$σ\sin 2\beta$、$α$和$γ$的约束。
• 将SM拟合扩展至包含$Δ F=2$有效哈密顿量中的模型无关新物理贡献，形式为$H_{\mathrm{eff}}^{\mathrm{full}} = H_{\mathrm{eff}}^{\mathrm{SM}} + H_{\mathrm{eff}}^{\mathrm{NP}}$，其中新物理参数为$A_q^{\mathrm{NP}}$和$φ_q^{\mathrm{NP}}$。
• 将对威尔逊系数$C_i(\Lambda) \sim F_i L_i / \Lambda^2$的约束转化为对新物理尺度$Λ$的下限，假设$F_i \sim L_i \sim 1$或特定味结构（如NMFV）。
• 考虑圈图抑制因子（$α_s \sim 0.1$，$α_W \sim 0.03$），以在圈图介导情形下优化新物理尺度的下限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在最新的实验和格点QCD输入下，单位三角形在标准模型中的当前状态如何？
• RQ2 在$V_{cb}$和$V_{ub}$确定中持续存在的~3.3σ和~3.4σ张力如何影响全局SM拟合？
• RQ3 在kaon、$D$、$B_d$和$B_s$系统中，$Δ F=2$过程中新物理贡献的允许范围是什么？
• RQ4 在当前实验约束下，一般和NMFV情景中新物理尺度$Λ$的下限是什么？
• RQ5 圈图抑制和味结构如何影响新物理模型在LHC中的可行性？

主要发现

• 全局SM拟合得到$ί ho = 0.154 \pm 0.029$和$ί a = 0.377 \pm 0.029$，与标准模型图像一致。
• 在$V_{ub}/V_{cb}$中，张力在~3.3–3.4σ水平下依然存在，且在$|V_{cb}|$与$|V_{ub}|$平面中，独家和包容性输入结果显著不同。
• 在具有任意味结构的一般新物理情景中，最强约束来自kaon区（Im $C_K^4$），给出$Λ_{\mathrm{gen}} > 5.0 \times 10^5$ TeV。
• 在NMFV情景中，kaon区仍提供最紧约束，给出$Λ_{\mathrm{NMFV}} > 114$ TeV，$B_s$系统提供强有力的次级约束。
• 对于圈图介导的贡献，$α_W \sim 0.03$的因子可将NMFV情形下的新物理尺度下限降低至~11 TeV，但即使在更强抑制下，一般模型仍远超LHC探测范围。
• 若不同算符之间存在意外抵消，可能削弱推导出的约束，表明这些约束仅在对新物理结构的特定假设下才稳健。