[论文解读] Updates on SM predictions of $|V_{cb}|$ and $R(D^{*})$ in $B o D^{*}\ell u_\ell$ decays

Sneha Jaiswal, Soumitra Nandi+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 23被引用 7

一句话总结

该论文利用Belle合作组最新的微分衰变分布数据，更新了B → D*ℓνℓ衰变中R(D*)的标准模型预测，同时通过贝叶斯拟合框架提取|Vcb|。更新后的标准模型对R(D*)的预测为0.251 (4/5)，与世界平均值在约3σ水平下一致；该分析还预测了B → D*τντ衰变中的角观测量，其与测量结果在2σ水平下良好一致。

ABSTRACT

We update the standard model (SM) predictions of $R(D^*)$ using the latest results on the decay distributions in $B o D^* \ell u_{\ell}$ ($\ell = \mu, e$) by Belle collaboration, while extracting $|V_{cb}|$ at the same time. Depending on the inputs used in the analysis, we define various fit scenarios. Although the central values of the predicted $R(D^*)$ in all the scenarios have reduced from its earlier predictions in 2017, the results are consistent with each other within the uncertainties. In this analysis, our prediction of $R(D^*)$ is consistent with the respective world average at $\sim 3\sigma$. We have also predicted several angular observables associated with $B o D^* au u_{ au}$ decays. We note that the predicted $F_L(D^*)$ is consistent with the corresponding measurement at 2$\sigma$. Utilizing these new results, we fit the Wilson coefficients appearing beyond the standard model of particle physics (BSM). To see the trend of SM predictions, we have utilized the recently published preliminary results on the form-factors at non-zero recoil by the lattice groups like Fermilab-MILC and JLQCD and predicted the observables in $B o D^* \ell u_{\ell}$, and $B o D^* au u_{ au}$ decays.

研究动机与目标

• 该论文旨在利用最新实验数据，提高B → D*ℓνℓ衰变中R(D*)的标准模型预测精度。
• 通过整合新的Belle测量结果和格点形式因子输入，以减少不确定性，提取|Vcb|。
• 该研究评估了标准模型预测与实验数据的一致性，特别是在低反冲区域，该区域的偏差可能暗示新物理。
• 研究了不同形式因子参数化方法和格点输入对R(D*)及角观测量的影响。
• 通过R(D*)和角分布偏差的模型无关分析，探索了对新物理威尔逊系数的约束。

提出的方法

• 作者采用贝叶斯统计框架拟合B → D*ℓνℓ的微分衰变分布，将所有未知参数视为具有概率分布的随机变量。
• 采用Caprini-Lellouch-Neubert (CLN) 和 BGL 参数化形式因子，并结合非零反冲下的Fermilab-MILC 和 JLQCD 的格点QCD结果。
• 分析包括对Belle 2019年在q²区间内的微分分支比数据的拟合，以及与MILC和JLQCD格点输入的联合拟合。
• 利用拟合得到的形式因子计算B → D*τντ衰变中的角观测量（如FL(D*))，并与实验测量值进行比较。
• 应用赤池信息准则（AIC）以确定最优的BGL系数数量，从而最小化过拟合并提高结果的稳健性。
• 通过将向量、标量和张量型新物理算符的威尔逊系数拟合到R(D*)和角分布的观测偏差中，推导出新物理约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 利用最新的Belle 2019年微分衰变分布数据，R(D*)的标准模型预测值是多少？
• RQ2 与以往的频率学方法相比，采用贝叶斯拟合方法后，|Vcb|和R(D*)的不确定性如何变化？
• RQ3 R(D*)和B → D*τντ衰变中角观测量的预测与当前实验测量结果的一致程度如何？
• RQ4 MILC和JLQCD的格点QCD形式因子在低反冲和高反冲区域与实验数据的一致性如何？
• RQ5 在持续存在的R(D*)异常背景下，对B → D*ℓνℓ衰变中新物理威尔逊系数可施加何种约束？

主要发现

• 更新后的标准模型对R(D*)的预测为0.251 (4/5)，较早期估计有所降低，且与世界平均值0.258 ± 0.005在约3σ水平下一致。
• 仅使用Belle数据时，提取的|Vcb|值为39.37 (107/121) × 10⁻³，其不确定性相比2017年分析显著降低。
• 对FL(D*)的纵向极化分数预测与实验测量值在2σ水平下一致，尽管略低于实验中心值。
• 格点QCD（MILC和JLQCD）的形式因子预测在高反冲区域与数据驱动拟合结果良好一致，但在低反冲区间出现约3–4σ的偏差。
• 分析表明，最被支持的新物理场景涉及左手性矢量夸克流当前项，而右手性标量流当前项则被数据所排斥。
• 仅使用格点输入（不依赖LCSR）时，得到R(D*) = 0.252 (6/7)，与数据驱动拟合结果一致，表明标准模型预测在不同输入方法下均具稳健性。