Testing the standard model with precision calculations of semileptonic B-decays

Abstract

Messungen im Flavour Sektor sind zum Test des Standardmodells sehr wichtig, da die meisten der freien Parameter in Beziehung zur Flavour Physik stehen. Wir diskutieren semileptonische B-Meson Zerfälle, aus denen ein wichtiger Parameter, |V cb |, extrahiert wird. Zunächst diskutieren wir nicht-perturbative Korrekturen hoherer Ordnung in inklusiven semileptonischen Zerfällen von B Mesonen. Wir identifizieren die relevanten hadronischen Matrix Elemente bis zur Ordnung 1/m b 5 und schätzen diese mit einem Approximationsschema ab. Mit diesem Zugang wird der Effekt auf die integrierte Rate und kinematische Momente abgeschätzt. Ähnliche Abschätzungen werden für den B → X s +γ Zerfall angegeben. Weiterhin untersuchen wir in diesem Zerfall die Rolle von sogenannten intrinsic-charm Operatoren, die ab der Ordnung 1/m b 3 in der schweren Quark Entwicklung auftreten. Durch explizite Rechnung zeigen wir, dass - bei Skalen μ ≤ m c - die Beiträge von intrinsic-charm Effekten in die kurzreichweiten Koeffizienten Funktionen multipliziert z.B. mit dem Darwin Term, absorbiert werden konnen. Dann sind die einzigen Reste dieser Beiträge Logarithmen der Form ln(m c 2 / m b 2 ), die mit Hilfe von Renormierungsgruppen Methoden resumiert werden konnen. Solange die Dynamik bei der Charm Quark Skala perturbativ ist, α s (m c ) << 1, impliziert dies, dass keine zusätzlichen nicht-perturbativen Matrix Elemente, neben dem Darwin und Spin-Orbit Term, zur Ordnung 1/m b 3 auftreten. Allerdings erzeugt intrinsic charm zur nächsten Ordnung Terme proportional zu inversen Potenzen von der Charm Masse: 1/m b 3 Ã 1/m c 2 . Parametrisch komplettieren diese die Abschätzung des Einflusses der 1/m b 4 Terme, die wir untersuchen werden. In diesem Kontext ziehen wir semiquantitative Schlussfolgerungen über die zu erwartende Großenordnung von Weak Annihilation in semileptonischen B Zerfällen, sowohl für die Valenz als auch nicht-Valenz Komponenten. Der letzte Teil ist der komplementären Messung von |V cb | durch exklusive B→ D (∗) l ― ν l Zerfälle gewidmet. Da diese Bestimmung eine kleine Inkonsistenz zu der inklusiven zeigt, untersuchen wir ob nicht Standardmodell Beiträge die Messung beeinflussen konnen.

Measurements in the flavour sector are very important to test the Standard Model, since most of the free parameters are related to flavour physics. We are discussing semileptonic B-meson decays, from which an important parameter, |V cb |, is extracted. First we discuss higher-order non-perturbative corrections in inclusive semileptonic decays of B mesons. We identify the relevant hadronic matrix elements up to 1/m b 5 and estimate them using an approximation scheme. Within this approach the effects on the integrated rate and on kinematic moments are estimated. Similar estimates are presented for B → X s +γ decays. Furthermore we investigate the role of so-called "intrinsic-charm" operators in this decay, which appear first at order 1/m b 3 in the heavy-quark expansion. We show by explicit calculation that-at scales μ ≤ m c -the contributions from "intrinsic-charm" effects can be absorbed into short-distance coefficient functions multiplying, for instance, the Darwin term. Then, the only remnant of "intrinsic charm" are logarithms of the form ln(m c 2 / m b 2 ), which can be resummed by using renormalization-group techniques. As long as the dynamics at the charm quark scale is perturbative, α s (m c ) << 1, this implies that no additional non-perturbative matrix elements aside from the Darwin and the spin-orbit term have to be introduced at order 1/m b 3 . However, "intrinsic charm" leads at the next order to terms with inverse powers of the charm mass: 1/m b 3 Ã 1/m c 2 . Parametrically they complement the estimate of the potential impact of 1/m b 4 contributions, which we will explore. In this context, we draw semiquantitative conclusions for the expected scale of weak annihilation in semileptonic B decays, both for its valence and non-valence components. The last part is dedicated to a complementary measurement of |V cb | from exclusive B→ D (∗) l ― ν l . Since this determination shows a slight tension with respect to the inclusive one, we investigate wether a non standard model contribution may distort the extraction.