Model-independent measurement of the transversity amplitudes of the B0→K∗0μ+μ− decay
8.4 fb−1의 LHCb 데이터를 사용한 본 연구는 르장드르 다항식을 통해 B0→K∗0μ+μ− 횡방향 진폭(transversity amplitudes)에 대한 모델 독립적 측정을 제시하며, 표준 모형 예측으로부터의 윌슨 계수 C9에서의 유의미한 편차를 밝혀냄으로써 강입자 효과와 잠재적인 새로운 물리학을 구별하는 데 도움을 준다.
원저자: LHCb collaboration, R. Aaij, M. Abdelfatah, A. S. W. Abdelmotteleb, C. Abellan Beteta, F. Abudinén, T. Ackernley, A. A. Adefisoye, B. Adeva, M. Adinolfi, P. Adlarson, C. Agapopoulou, C. A. Aidala, S. Akar, K. Akiba, H. Al Saleh, P. Albicocco, J. Albrecht, R. Aleksiejunas, F. Alessio, P. Alvarez Cartelle, S. Amato, J. L. Amey, Y. Amhis, Z. Amos, L. An, L. Anderlini, P. Andreola, M. Andreotti, S. Andres Estrada, A. Anelli, D. Ao, C. Arata, F. Archilli, Z. Areg, M. Argenton, S. Arguedas Cuendis, L. Arnone, M. Artuso, E. Aslanides, R. Ataíde Da Silva, M. Atzeni, B. Audurier, J. A. Authier, D. Bacher, I. Bachiller Perea, S. Bachmann, M. Bachmayer, J. J. Back, M. Bai, Z. B. Bai, V. Balagura, A. Balboni, W. Baldini, Z. Baldwin, L. Balzani, H. Bao, J. Baptista de Souza Leite, C. Barbero Pretel, M. Barbetti, I. R. Barbosa, W. Barker, R. J. Barlow, M. Barnyakov, S. Baron, S. Barsuk, W. Barter, J. Bartz, S. Bashir, B. Batsukh, P. B. Battista, A. Bavarchee, A. Bay, A. Beck, M. Becker, F. Bedeschi, I. B. Bediaga, N. A. Behling, S. Belin, A. Bellavista, I. Belyaev, G. Bencivenni, E. Ben-Haim, J. L. M. Berkey, R. Bernet, A. Bertolin, L. Bertsch, F. Betti, J. Bex, O. Bezshyyko, S. Bhattacharya, M. S. Bieker, N. V. Biesuz, A. Biolchini, M. Birch, F. C. R. Bishop, A. Bitadze, A. Bizzeti, T. Blake, F. Blanc, J. E. Blank, S. Blusk, J. A. Boelhauve, O. Boente Garcia, T. Boettcher, A. Bohare, C. Bolognani, R. B. Bonacci, A. Bordelius, F. Borgato, S. Borghi, M. Borsato, J. T. Borsuk, E. Bottalico, S. A. Bouchiba, M. Bovill, T. J. V. Bowcock, A. Boyer, C. Bozzi, J. D. Brandenburg, A. Brea Rodriguez, N. Breer, C. Breitfeld, J. Brodzicka, J. Brown, E. Buchanan, M. Burgos Marcos, C. Burr, C. Buti, J. S. Butter, J. Buytaert, W. Byczynski, S. Cadeddu, H. Cai, Y. Cai, Y. Cai, A. Caillet, R. Calabrese, L. Calefice, M. Calvi, M. Calvo Gomez, P. Camargo Magalhaes, J. I. Cambon Bouzas, P. Campana, A. Campomagnani, A. C. Campos, A. F. Campoverde Quezada, Y. Cao, S. Capelli, M. Caporale, L. Capriotti, R. Caravaca-Mora, A. Carbone, L. Carcedo Salgado, R. Cardinale, A. Cardini, P. Carniti, L. Carus, A. Casais Vidal, R. Caspary, G. Casse, M. Cattaneo, G. Cavallero, V. Cavallini, S. Celani, I. Celestino, S. Cesare, A. J. Chadwick, M. Charles, Ph. Charpentier, E. Chatzianagnostou, R. Cheaib, M. Chefdeville, C. Chen, J. Chen, S. Chen, Z. Chen, A. Chen Hu, M. Cherif, S. Chernyshenko, X. Chiotopoulos, G. Chizhik, V. Chobanova, A. Christakakis, M. Chrzaszcz, Y. Chu, V. Chulikov, P. Ciambrone, X. Cid Vidal, P. Cifra, P. E. L. Clarke, M. Clemencic, H. V. Cliff, J. Closier, C. Cocha Toapaxi, V. Coco, A. Codovini, C. Codovini, J. Cogan, E. Cogneras, L. Cojocariu, S. Collaviti, P. Collins, T. Colombo, M. Colonna, A. Comerma-Montells, L. Congedo, J. Connaughton, A. Contu, N. Cooke, G. Cordova, C. Coronel, I. Corredoira, A. Correia, G. Corti, G. C. Costantino, C. Cotirlan, J. Cottee Meldrum, B. Couturier, D. C. Craik, N. Crepet, M. Cruz Torres, M. Cubero Campos, E. Curras Rivera, R. Currie, C. L. Da Silva, X. Dai, J. Dalseno, C. D'Ambrosio, G. Darze, A. Davidson, O. De Aguiar Francisco, C. De Angelis, F. De Benedetti, J. de Boer, K. De Bruyn, S. De Capua, M. De Cian, U. De Freitas Carneiro Da Graca, F. De Gregorio, E. De Lucia, J. M. De Miranda, L. De Paula, A. De Robertis, E. De Santis, M. De Serio, P. De Simone, F. De Vellis, J. A. de Vries, F. Debernardis, D. Decamp, S. Dekkers, L. Del Buono, B. Delaney, B. Demaire-Lepape, J. Deng, O. Deschamps, F. Dettori, B. Dey, P. Di Nezza, S. Ding, Y. Ding, L. Dittmann, J. F. Diverchy, A. D. Docheva, A. Doheny, C. Dong, F. Dordei, J. Dorta Moreno, A. C. dos Reis, J. Dos Santos Oliveira, A. D. Dowling, L. Dreyfus, W. Duan, P. Duda, L. Dufour, V. Duk, P. Durante, M. M. Duras, J. M. Durham, O. D. Durmus, K. Duwe, A. Dziurda, S. Easo, E. Eckstein, U. Egede, S. Eisenhardt, E. Ejopu, L. Eklund, M. Elashri, D. Elizondo Blanco, J. Ellbracht, S. Ely, A. Ene, T. Evans, F. Fabiano, S. Faghih, L. N. Falcao, B. Fang, R. Fantechi, L. Fantini, M. Faria, K. Farmer, F. Fassin, D. Fazzini, L. Felkowski, C. Feng, M. Feng, A. Fernandez Casani, M. Fernandez Gomez, B. Fernandez Rodino, J. Fernandez-John, A. D. Fernez, F. Ferrari, F. Ferreira Rodrigues, R. A. Fini, R. Fiorenza, M. Fiorini, M. Firlej, D. S. Fitzgerald, C. Fitzpatrick, T. Fiutowski, F. Fleuret, A. Fomin, M. Fontana, M. Fontes Vaz, L. A. Foreman, R. Forty, D. Foulds-Holt, V. Franco Lima, M. Franco Sevilla, M. Frank, E. Franzoso, G. Frau, C. Frei, D. A. Friday, J. Fu, Y. Fu, Q. Führing, T. Fulghesu, G. Galati, M. D. Galati, A. Gallas Torreira, D. Galli, S. Gambetta, M. Gandelman, P. Gandini, B. Ganie, H. Gao, R. Gao, T. Q. Gao, Y. Gao, Y. Gao, Y. Gao, L. M. Garcia Martin, P. Garcia Moreno, J. García Pardiñas, P. Gardner, L. Garrido, C. Gaspar, A. Gavrikov, E. Gersabeck, M. Gersabeck, T. Gershon, S. Ghizzo, Z. Ghorbanimoghaddam, F. I. Giasemis, V. Gibson, H. K. Giemza, A. L. Gilman, M. Giovannetti, A. Gioventù, L. Girardey, M. A. Giza, F. C. Glaser, V. V. Gligorov, C. Göbel, L. Golinka-Bezshyyko, E. Golobardes, A. Golutvin, S. Gomez Fernandez, A. G. Gomez Mongui, W. Gomulka, F. Goncalves Abrantes, I. Gonçales Vaz, M. Goncerz, G. Gong, S. Gong, J. A. Gooding, C. Gotti, E. Govorkova, J. P. Grabowski, L. A. Granado Cardoso, R. Grande Quartieri, E. Graugés, E. Graverini, L. Grazette, G. Graziani, A. T. Grecu, N. A. Grieser, L. Grillo, C. Gu, M. Guarise, L. Guerry, A. -K. Guseinov, Y. Guz, T. Gys, K. Habermann, T. Hadavizadeh, C. Hadjivasiliou, G. Haefeli, C. Haen, S. Haken, G. Hallett, P. M. Hamilton, Q. Han, S. Han, X. Han, S. Hansmann-Menzemer, N. Harnew, T. J. Harris, L. Hartman, M. Hartmann, S. Hashmi, J. He, N. Heatley, A. Hedes, F. Hemmer, C. Henderson, R. Henderson, R. D. L. Henderson, A. M. Hennequin, K. Hennessy, J. Herd, P. Herrero Gascon, J. Heuel, A. Heyn, A. Hicheur, G. Hijano Mendizabal, J. Horswill, R. Hou, Y. Hou, D. C. Houston, N. Howarth, W. Hu, X. Hu, W. Hulsbergen, R. J. Hunter, D. Hutchcroft, M. Idzik, P. Ilten, A. Iohner, S. Jacevicius, H. Jage, S. J. Jaimes Elles, S. Jakobsen, T. Jakoubek, E. Jans, A. Jawahery, C. Jayaweera, A. Jelavic, V. Jevtic, Z. Jia, E. Jiang, X. Jiang, Y. Jiang, Y. J. Jiang, E. Jimenez Moya, N. Jindal, M. John, A. John Rubesh Rajan, D. Johnson, C. R. Jones, S. Joshi, B. Jost, J. Juan Castella, N. Jurik, I. Juszczak, K. Kalecinska, D. Kaminaris, S. Kandybei, M. Kane, Y. Kang, C. Kar, M. Karacson, A. Kauniskangas, J. W. Kautz, M. K. Kazanecki, F. Keizer, M. Kenzie, T. Ketel, B. Khanji, S. Kholodenko, V. Kholoimov, G. Khreich, F. Kiraz, T. Kirn, V. S. Kirsebom, N. Kleijne, A. Kleimenova, D. Klekots, K. Klimaszewski, M. R. Kmiec, T. Knospe, R. Kolb, S. Koliiev, L. Kolk, A. Konoplyannikov, P. Kopciewicz, P. Koppenburg, A. Korchin, I. Kostiuk, O. Kot, S. Kotriakhova, E. Kowalczyk, O. Kravcov, M. Kreps, W. Krupa, W. Krzemien, O. Kshyvanskyi, S. Kubis, M. Kucharczyk, A. Kupsc, A. Kurzina, V. Kushnir, B. Kutsenko, J. Kvapil, I. Kyryllin, D. Lacarrere, P. Laguarta Gonzalez, A. Lai, A. Lampis, D. Lancierini, C. Landesa Gomez, G. Lanfranchi, C. Langenbruch, T. Latham, F. Lazzari, C. Lazzeroni, R. Le Gac, H. Lee, R. Lefèvre, M. Lehuraux, E. Lemos Cid, O. Leroy, T. Lesiak, E. D. Lesser, B. Leverington, A. Li, C. Li, C. Li, H. Li, J. Li, K. Li, L. Li, L. Li, P. Li, P. -R. Li, Q. Li, T. Li, T. Li, W. Li, Y. Li, Y. Li, Y. Li, Z. Li, Z. Lian, Q. Liang, X. Liang, Z. Liang, S. Libralon, A. Lightbody, J. Lin, S. Lin, T. Lin, R. Lindner, H. Linton, R. Litvinov, D. Liu, F. L. Liu, G. Liu, K. Liu, S. Liu, W. Liu, X. Liu, Y. Liu, Y. Liu, Y. L. Liu, G. Loachamin Ordonez, I. Lobo, A. Lobo Salvia, A. Loi, T. Long, F. C. L. Lopes, J. H. Lopes, A. Lopez Huertas, C. Lopez Iribarnegaray, Q. Lu, C. Lucarelli, D. Lucchesi, M. Lucio Martinez, Y. Luo, A. Lupato, M. Lupberger, E. Luppi, K. Lynch, J. Lyu, S. Lyu, X. -R. Lyu, H. Ma, S. Maccolini, F. Machefert, F. Maciuc, B. Mack, I. Mackay, L. M. Mackey, L. R. Madhan Mohan, M. J. Madurai, D. Magdalinski, J. J. Malczewski, S. Malde, L. Malentacca, G. Manca, C. Mancuso, R. Manera Escalero, A. Mangalasseri, F. M. Manganella, R. Mangrulkar, D. Manuzzi, S. Mao, D. Marangotto, J. F. Marchand, R. Marchevski, U. Marconi, E. Mariani, S. Mariani, C. Marin Benito, J. Marks, A. M. Marshall, L. Martel, G. Martelli, G. Martellotti, L. Martinazzoli, M. Martinelli, C. Martinez, A. Martinez Armas, D. Martinez Gomez, D. Martinez Santos, F. Martinez Vidal, A. Martorell i Granollers, A. Massafferri, R. Matev, A. Mathad, C. Matteuzzi, K. R. Mattioli, L. Matzner, A. Mauri, E. Maurice, J. Mauricio, P. Mayencourt, J. Mazorra de Cos, M. Mazurek, D. Mazzanti Tarancon, M. McCann, N. T. McHugh, A. McNab, R. McNulty, B. Meadows, S. E. R. Medaer, D. Melnychuk, D. Mendoza Granada, P. Menendez Valdes Perez, F. M. Meng, M. Merk, A. Merli, L. Meyer Garcia, D. Miao, H. Miao, M. Mikhasenko, D. A. Milanes, A. Minotti, E. Minucci, B. Mitreska, D. S. Mitzel, R. Mocanu, A. Modak, L. Moeser, R. D. Moise, E. F. Molina Cardenas, T. Mombächer, M. Monk, T. Monnard, S. Monteil, A. Morcillo Gomez, G. Morello, M. J. Morello, M. P. Morgenthaler, A. Moro, J. Moron, W. Morren, A. B. Morris, A. G. Morris, R. Mountain, Z. Mu, N. Muangkod, E. Muhammad, F. Muheim, M. Mulder, K. Müller, F. Muñoz-Rojas, V. Mytrochenko, P. Naik, T. Nakada, R. Nandakumar, G. Napoletano, I. Nasteva, M. Needham, N. Neri, S. Neubert, N. Neufeld, J. Nicolini, D. Nicotra, E. M. Niel, L. Nisi, Q. Niu, B. K. Njoki, P. Nogarolli, P. Nogga, J. Nombela Royo, C. Normand, A. Novo Cal, J. Novoa Fernandez, G. Nowak, H. N. Nur, A. Oblakowska-Mucha, T. Oeser, O. Okhrimenko, R. Oldeman, F. Oliva, E. Olivart Pino, M. Olocco, R. H. O'Neil, J. S. Ordonez Soto, D. Osthues, J. M. Otalora Goicochea, P. Owen, A. Oyanguren, O. Ozcelik, F. Paciolla, A. Padee, K. O. Padeken, B. Pagare, T. Pajero, A. Palano, L. Palini, L. Palombini, M. Palutan, C. Pan, X. Pan, S. Panebianco, S. Paniskaki, L. Paolucci, A. Papanestis, M. Pappagallo, L. L. Pappalardo, C. Pappenheimer, C. Parkes, D. Parmar, G. Passaleva, D. Passaro, A. Pastore, M. Patel, J. Patoc, C. Patrignani, A. Paul, C. J. Pawley, A. Pellegrino, J. Peng, X. Peng, M. Pepe Altarelli, S. Perazzini, H. Pereira Da Costa, M. Pereira Martinez, A. Pereiro Castro, C. Perez, A. Perez Casas, P. Perret, A. Perrevoort, A. Perro, M. J. Peters, A. Petkovic, K. Petridis, A. Petrolini, S. Pezzulo, J. P. Pfaller, H. Pham, L. Pica, M. Piccini, L. Piccolo, B. Pietrzyk, R. N. Pilato, D. Pinci, F. Pisani, M. Pizzichemi, V. M. Placinta, M. Plo Casasus, T. Poeschl, F. Polci, M. Poli Lener, A. Poluektov, I. Polyakov, E. Polycarpo, S. Ponce, D. Popov, K. Popp, K. Prasanth, C. Prouve, D. Provenzano, V. Pugatch, A. Puicercus Gomez, G. Punzi, J. R. Pybus, Q. Qian, W. Qian, N. Qin, R. Quagliani, R. I. Rabadan Trejo, B. Rachwal, R. Racz, J. H. Rademacker, M. Rama, M. Ramírez García, V. Ramos De Oliveira, M. Ramos Pernas, G. Ramsey, M. S. Rangel, G. Raven, M. Rebollo De Miguel, F. Redi, J. Reich, F. Reiss, Z. Ren, P. K. Resmi, M. Ribalda Galvez, R. Ribatti, G. Ricart, D. Riccardi, S. Ricciardi, K. Richardson, M. Richardson-Slipper, F. Riehn, K. Rinnert, P. Robbe, G. Robertson, E. Rodrigues, A. Rodriguez Alvarez, E. Rodriguez Fernandez, J. A. Rodriguez Lopez, E. Rodriguez Rodriguez, J. Roensch, A. Rogovskiy, D. L. Rolf, P. Roloff, A. Romano, V. Romanovskiy, A. Romero Vidal, G. Romolini, F. Ronchetti, T. Rong, W. Rose, M. Rotondo, M. S. Rudolph, M. Ruiz Diaz, J. Ruiz Vidal, J. Ruz Armendariz, J. J. Saavedra-Arias, J. J. Saborido Silva, D. Sahoo, N. Sahoo, B. Saitta, M. Salomoni, I. Sanderswood, R. Santacesaria, C. Santamarina Rios, M. Santimaria, L. Santoro, E. Santovetti, A. Saputi, A. Sarnatskiy, G. Sarpis, M. Sarpis, C. Satriano, A. Satta, M. Saur, H. Sazak, F. Sborzacchi, A. Scarabotto, S. Schael, S. Scherl, M. Schiller, H. Schindler, M. Schmelling, B. Schmidt, N. Schmidt, S. Schmitt, H. Schmitz, O. Schneider, A. Schopper, N. Schulte, H. Schumacher, M. H. Schune, G. Schwering, B. Sciascia, A. Sciuccati, G. Scriven, I. Segal, S. Sellam, M. Senghi Soares, A. Sergi, N. Serra, L. Sestini, B. Sevilla Sanjuan, Y. Shang, D. M. Shangase, R. S. Sharma, L. Shchutska, T. Shears, S. Shelton, J. Shen, Z. Shen, S. Sheng, B. Shi, J. Shi, Q. Shi, W. S. Shi, E. Shmanin, R. Silva Coutinho, G. Simi, S. Simone, M. Singha, I. Siral, N. Skidmore, T. Skwarnicki, M. W. Slater, E. Smith, M. Smith, L. Soares Lavra, M. D. Sokoloff, F. J. P. Soler, A. Solomin, K. Solovieva, N. S. Sommerfeld, R. Song, Y. Song, Y. Song, Y. S. Song, F. L. Souza De Almeida, G. Souza De Castro, B. Souza De Paula, K. M. Sowa, E. Spadaro Norella, E. Spedicato, J. G. Speer, P. Spradlin, F. Stagni, M. Stahl, S. Stahl, S. Stanislaus, M. Stefaniak, O. Steinkamp, F. Suljik, J. Sun, L. Sun, M. Sun, D. Sundfeld, P. Svihra, V. Svintozelskyi, J. Swallow, K. Swientek, F. Swystun, A. Szabelski, T. Szumlak, Y. Tan, Y. Tang, Y. T. Tang, M. D. Tat, J. A. Teijeiro Jimenez, F. Terzuoli, F. Teubert, E. Thomas, D. J. D. Thompson, A. R. Thomson-Strong, R. Thornton, H. Tilquin, V. Tisserand, S. T'Jampens, M. Tobin, T. T. Todorov, L. Tomassetti, G. Tonani, X. Tong, T. Tork, L. Toscano, D. Y. Tou, C. Trippl, G. Tuci, N. Tuning, L. H. Uecker, A. Ukleja, A. Upadhyay, B. Urbach, A. Usachov, U. Uwer, V. Vagnoni, A. Vaitkevicius, A. Valassi, V. Valcarce Cadenas, G. Valenti, N. Valls Canudas, J. van Eldik, H. Van Hecke, E. van Herwijnen, C. B. Van Hulse, R. Van Laak, M. van Veghel, P. Varrella, R. Vazquez Gomez, P. Vazquez Regueiro, C. Vázquez Sierra, S. Vecchi, J. Velilla Serna, J. J. Velthuis, M. Veltri, A. Venkateswaran, M. Verdoglia, M. Vesterinen, W. Vetens, D. Vico Benet, P. Vidrier Villalba, M. Vieites Diaz, X. Vilasis-Cardona, E. Vilella Figueras, A. Villa, P. Vincent, B. Vivacqua, F. C. Volle, D. vom Bruch, K. Vos, C. Vrahas, J. Wagner, J. Walsh, N. Walter, E. J. Walton, G. Wan, A. Wang, B. Wang, C. Wang, C. Wang, G. Wang, H. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, M. Wang, N. W. Wang, R. Wang, X. Wang, X. Wang, X. Wang, X. W. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. H. Wang, Z. Wang, Z. Wang, J. A. Ward, A. Wasili, M. Waterlaat, N. K. Watson, D. Websdale, Y. Wei, Z. Weida, J. Wendel, B. D. C. Westhenry, A. S. White, C. White, M. Whitehead, E. Whiter, A. R. Wiederhold, D. Wiedner, M. A. Wiegertjes, C. Wild, G. Wilkinson, M. K. Wilkinson, M. Williams, M. J. Williams, M. R. J. Williams, R. Williams, S. Williams, Z. Williams, F. F. Wilson, M. Winn, W. Wislicki, M. Witek, L. Witola, T. Wolf, E. Wood, G. Wormser, S. A. Wotton, H. Wu, J. Wu, X. Wu, Y. Wu, Z. Wu, K. Wyllie, S. Xian, Z. Xiang, Y. Xie, T. X. Xing, A. Xu, L. Xu, M. Xu, R. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Xu, S. Yadav, K. Yang, X. Yang, Y. Yang, Y. Yang, Z. Yang, Z. Yang, H. Yeung, H. Yin, X. Yin, C. Y. Yu, J. Yu, K. Yu, X. Yuan, Y Yuan, S. Zalambani, J. A. Zamora Saa, F. Zangari, M. Zavertyaev, M. Zdybal, F. Zenesini, C. Zeng, M. Zeng, S. H Zeng, C. Zhang, C. Zhang, D. Zhang, J. Zhang, L. Zhang, Q. Z. Zhang, R. Zhang, S. Zhang, S. L. Zhang, Y. Zhang, Z. Zhang, J. Zhao, M. Zhao, Y. Zhao, A. Zhelezov, S. Z. Zheng, X. Z. Zheng, Y. Zheng, T. Zhou, X. Zhou, V. Zhovkovska, L. Z. Zhu, X. Zhu, X. Zhu, Y. Zhu, V. Zhukov, J. Zhuo, T. Zies, D. Zuliani, X. Zuo
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우주를 입자들이 재료인 거대한 우주적 주방이라고 상상해 보세요. 수십 년 동안 물리학자들은 '표준 모형'이라는 매우 엄격한 레시피 북을 따라왔습니다. 이 책은 입자들이 어떻게 섞이고, 춤추고, 서로 변형되어야 하는지를 정확하게 알려줍니다. 이 레시피는 오랫동안 완벽했으며, 우주가 내놓는 거의 모든 요리를 예측해 왔습니다. 하지만 최근, 요리사들은 이 주방의 특정 구석에서 이상한 일이 일어나고 있다는 것을 알아차렸습니다. 바로 B-중성미자(B-meson)라는 무거운 입자가 더 가벼운 입자와 두 개의 뮤온(전자의 무거운 사촌 격인 입자)으로 붕괴하는 희귀한 과정입니다. 레시피 북에 따르면, 이 춤은 매우 특정한 리듬으로 일어나야 합니다. 그러나 과학자들이 입자들의 춤을 관찰할 때, 그들은 음악과 전혀 맞지 않는 몇몇 스텝을 발견합니다. 마치 무용수들이 지휘자와 약간 어긋나 있는 것과 같습니다. 이는 거대한 미스터리를 불러일으켰습니다. 레시피 북이 틀린 것일까요, 아니면 우리가 아직 파악하지 못한 숨겨진 재료가 있는 것일까요? 바로 이 시점에 CERN의 LHCb 실험팀이 조사에 착수합니다.
이 논문은 그 기묘한 춤에 대한 고화질 슬로우 모션 재생 영상과 같지만, 한 가지 반전이 있습니다. 과학자들은 데이터를 단순히 뭉텅그려 흐릿하게 관찰하는 대신, 멈추지 않고 모든 프레임을 촬영하기로 결정했습니다. 그들은 엄청난 속도로 양성자를 충돌시켜 수집한 방대한 데이터를 사용하여, K-스타 중성미자와 두 개의 뮤온으로 붕괴하는 B-중성미자의 모습을 살펴보았습니다. 이 조사의 핵심은 "모델 독립적(model-independent)" 접근 방식이었습니다. 보통 과학자들은 데이터를 이미 만들어진 이론에 맞추려고 하는데, 이는 마치 사각형 못을 둥근 구멍에 억지로 끼워 넣으려는 것과 같습니다. 대신, 연구진은 '르장드르 다항식(Legendre polynomials)'이라는 수학적 도구(유연하고 구불구불한 자 세트라고 생각하면 됩니다)를 사용하여, 데이터가 무엇처럼 보여야 한다는 강요 없이 춤의 형태를 있는 그대로 묘사했습니다. 그들은 두 개의 알려진 입자 공명 현상 사이에서 가장 흥미로운 작용이 일어나는 지점인 1.1에서 8.0 GeV2/c4 사이의 특정 에너지 범위를 집중적으로 다루었습니다.
이 "슬로우 모션" 분석 결과는 매우 흥러운 것입니다. 유연한 자를 통해 춤 동작을 재구성했을 때, 뮤온의 리듬이 표준 모형의 예측과 일치하지 않는다는 것을 발견했습니다. 구체적으로, 그들은 "횡단 진폭(transversities amplitudes)"(입자들이 붕괴하는 동안 어떻게 회전하고 방향을 잡는지 설명하는 값)와 관련된 양을 측정하였고, 편차를 발견했습니다. 이 편차를 "윌슨 계수(Wilson coefficients)"(특정 힘의 세기를 조절하는 기계의 노브와 같은 것)의 언어로 번역했을 때, C9라고 불리는 특정 힘의 노브가 표준 모형이 예상했던 위치에서 상당히 벗어나 있음을 발견했습니다. 논문에 따르면, 이 편차는 예상치로부터 4.3에서 4.8 표준 편차(σ)만큼 떨어져 있습니다. 입자 물리학의 세계에서 5-시그마(5σ) 결과는 보통 '발견'의 황금 표준이지만, 이 결과는 아직 그 단계에는 미치지 못했습니다. 하지만 이는 무언가 배선에 확실히 문제가 있음을 암시하는, 아주 크고 지속적인 연기 감지기의 경보음처럼 매우 강력한 힌트입니다.
과학자들은 또한 이 이상 현상이 새로운 물리학 때문이 아니라, 입자 자체의 복잡하고 무질서한 상호작용(알려진 '강입자 효과')으로 설명될 수 있는지 확인했습니다. 특정 모델을 가정하지 않고 진폭을 직접 측정함으로써, 그들은 입자 상호작용의 "노이즈"와 새로운 물리학의 신호를 분리할 수 있음을 보여주었습니다. 그들은 정밀한 측정을 통해서도 이 불일치가 여전히 남아 있음을 확인했습니다. 그들은 데이터를 나누는 다양한 방식(binning schemes)을 테스트했으며, 가장 상세한 구간에서 편차는 더욱 강해져 4.8σ에 달했습니다. 이는 더 정밀하게 들여다볼수록, 춤이 기존의 레시피와 더 어긋나 보인다는 것을 시사합니다.
요약하자면, 이 논문은 아직 새로운 입자나 새로운 힘을 발견했다고 주장하는 것이 아닙니다. 대신, 이 특정 입자 붕괴에 대해 가장 정밀하고 유연하며 모델에 의존하지 않는 지도를 제공합니다. 이 논문은 "플레이버 이상(flavor anomalies)"(기묘한 춤 동작)이 실재하며 지속적이라는 것을 확인해주며, 우주가 레시피 북에 숨겨진 새로운 재료를 숨기고 있는지, 아니면 기존의 레시피를 매우 세심하고 복잡하게 조정해야 하는 것인지를 밝혀낼 강력한 도구를 과학계에 제공합니다. 저자들은 더 많은 데이터와 더 나은 이론적 도구가 있다면, 이 접근 방식이 왜 우주의 입자들이 약간 다른 비트에 맞춰 춤을 추고 있는지에 대한 미스터리를 해결하는 데 결정적인 역할을 할 것이라고 결론지었습니다.
기술 요약: B0→K∗0μ+μ− 붕괴의 횡단성 진폭(transversity amplitudes)에 대한 모델 독립적 측정
문제 제기 및 동기
플래이버 변화 중성 전류(Flavour-changing neutral currents)는 표준 모형(Standard Model, SM)에서 억제되어 있으므로, b→sℓ+ℓ− 전이와 같은 과정은 새로운 물리학(New Physics, NP)을 탐색하는 데 민감한 탐침이 됩니다. B0→K∗0μ+μ− 붕괴의 분기비(branching fractions) 및 각도 관측량(angular observables)에 대한 최근의 측정값들은 특정 채널에서 3.6에서 4.1 표준 편차 수준으로 나타난 편차를 보였으며, 이는 '플래이버 이상 현상(flavour anomalies)'이라 불리는 현상으로 집합적으로 알려져 있습니다. 이러한 불일치는 SM 예측과의 차이를 보여주며, 이는 NP의 기여 또는 설명되지 않은 SM 강입자 효과(hadronic effects)의 가능성을 시사합니다.
이러한 이상 현상을 해석하는 데 있어 핵심적인 과제는 단거리 NP 기여와 장거리 강입자 효과를 구분하는 것이며, 이들은 디레프톤 불변 질량 제곱인 q2에 대해 서로 다른 의존성을 보입니다. 기존의 분석들은 이러한 기여들을 분리하기 위해 q2 의존성에 대한 모델 의존적 기술에 의존하는 경우가 많았습니다. 그러나 이러한 모델들에서 장거리 기여의 정확도는 여전히 이론적 논쟁의 대상입니다. 따라서 외부 이론 예측에 의존하거나 단거리 및 장거리 기여를 명시적으로 분리하지 않고, 데이터로부터 직접 붕괴 진폭을 측정하는 모델 독립적인 접근 방식이 필요합니다. 이를 통해 각도 관측량을 q2의 함수로서 연속적으로 기술할 수 있으며, 잠재적인 NP의 구체적인 q2 거동에 대한 민감도를 높일 수 있습니다.
방법론
본 논문은 LHCb 실험에서 기록된 7, 8, 13 TeV의 중심 질량 에너지에서의 8.4fb−1 적분 휘도를 가진 양성자-양성자 충돌 데이터를 사용하여 B0→K∗0(→K+π−)μ+μ− 붕괴에 대한 언빈드 진폭 분석(unbinned amplitude analysis)을 제시합니다. 분석은 진폭이 급격히 변하여 모델링하기 어려운 영역을 피하기 위해 ϕ와 J/ψ 공명 사이의 q2 영역인 1.1<q2<8.0GeV2/c4에 집중합니다.
방법론의 핵심은 르장드르 다항식(Legendre polynomials)을 사용하여 붕괴 진폭을 모델 독립적으로 매개변수화하는 것입니다. 미분 붕괴율은 다섯 가지 운동학적 변수인 Kπ 계의 제곱 불변 질량, q2, 그리고 세 개의 각도(θℓ,θK,ϕ)로 기술됩니다. 붕괴 진폭은 최대 3차까지의 르장드르 다항식의 선형 결합으로 구성됩니다:
A(q2)=α0L0(q2)+α1L1(q2)+α2L2(q2)+α3L3(q2)
여기서 αi는 복소 진폭 성분입니다. 이러한 선택은 르장드르 다항식의 직교성을 활용하여 진폭 성분 간의 상관관계를 줄임으로써, 기존의 경험적 매개변수화에 비해 적합 안정성(fit stability)을 개선합니다.
본 분석은 진폭 성분의 실수부와 허수부를 적합 파라미터로 취급하여 q2 의존성의 불연속성을 방지합니다. 미분 붕데율의 연속적인 대칭성을 해결하기 위해 기저 고정 조건(basis-fixing condition)이 적용되어 유일한 진폭 집합을 남깁니다. S-파(S-wave) 기여는 통계적 불확실성에 비해 영향이 미미하므로 q2에 대해 균일한 함수로 모델링된 섭동 파라미터(nuisance parameter)로 취급됩니다.
신호 선택은 오인된 강입자, B0→K∗0J/ψ로부터 발생하는 피킹 배경(peaking backgrounds), 그리고 조합 배경(combinatorial backgrounds)을 포함한 배경을 억제하기 위해 엄격한 입자 식별, 위상적 요구 사항 및 부스트 결정 트리(Boosted Decision Tree, BDT) 분류기를 사용합니다. 언빈드 확장 최대 우도 적합(unbinned extended maximum-likelihood fit)은 불변 질량과 4차원 각도 변수에 대해 동시에 수행됩니다. 신호 확률 밀도 함수(PDF)는 르장드르 다항식의 곱으로 모델링된 4차원 수용 함수(acceptance function)와 곱해진 4차원 미분 붕괴율을 포함합니다.
주요 기여
- 최초의 모델 독립적 진폭 측정: 본 연구는 지정된 q2 범위 내에서 르장드르 다항식을 사용하여 B0→K∗0μ+μ−의 횡단성 진폭을 모델 독립적인 방식으로 측정한 첫 번째 사례입니다.
- 연속적인 q2 의존성: 진폭 추출 시 q2 빈닝(binning)을 피함으로써, 각도 관측량을 q2의 연속 함수로 구축할 수 있게 했습니다. 이러한 유연성은 전역 분석(global analyses)과 강입자 효과 대비 NP의 q2 의존성에 관한 이론적 예측을 검증하는 데 매우 중요합니다.
- CP-평균 관측량: 측정은 B0 및 Bˉ0 데이터셋을 결합하여 수행되었으며, CP-평균 관측량을 산출합니다.
- 계통 불확실성 처리: 분석에는 운동학적 및 트리거 보정에 관한 계통 불확실성에 대한 종합적인 평가가 포함되었으며, 이들이 주요 계통 오차 원인임을 확인했습니다.
결과
적합은 진폭 성분과 그 상관관계를 산출하며, 이는 CP-평균 각도 관측량(Si 및 AFB)을 구성하는 데 사용됩니다.
- 관측량: 측정된 관측량, 특히 S5와 전방-후방 비대칭성(AFB)은
flavio패키지를 사용하여 계산된 SM 예측값으로부터 편차를 보입니다. - 윌슨 계수(Wilson Coefficients):
flavio프레임워크 내에서 결과를 해석하여, 유효 윌슨 계수 C9를 제약합니다.- 기존의 빈닝 스킴(이전의 LHCb 빈닝 분석과 유사함)을 사용하여 관측량을 구성했을 때, 윌슨 계수 C9의 SM 기대치로부터의 편차는 4.3σ로 나타났습니다.
- 더 좁은 q2 빈(기존 빈 크기의 4분의 1)을 사용하여 관측량을 구성했을 때, 민감도가 증가하여 편차는 4.8σ로 상승했습니다.
- 일관성: 각도 관측량에 대한 결과는 최신 LHCb 빈닝 각도 분석 결과와 잘 일치하며, 이는 모델 독립적 접근 방식의 타당성을 입증합니다.
의의
본 논문은 이러한 모델 독립적 접근 방식이 이론적 예측을 강력하게 검증할 수 있게 하여, 강입자 효과와 잠재적인 새로운 물리학의 기여를 구분하는 데 도움을 준다고 주장합니다. C9에서 4.3σ에서 4.8σ 수준의 편차가 관찰된 것은 b→sℓ+ℓ− 전이에서 플래이버 이상 현상의 존재를 더욱 공고히 합니다. 저자들은 이론적 예측이 개선되고 더 큰 데이터셋이 확보됨에 따라, 이 진폭 기반 접근 방식이 이러한 이상 현상의 기원에 대한 더 깊은 통찰력을 제공하여 향-후 S-파, CP-비대칭성 및 스칼라 진폭에 대한 더 정밀한 측정을 가능하게 할 것이라고 밝히고 있습니다.
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