Neue Re-Interpretationsmethode für die Hochenergiephysik

Viele Analysen der Hochenergiephysik zielen auf Messungen von Standardmodell-Observablen ab. Die meisten dieser Analysen weisen eine Modellabhängigkeit auf, die sich aus der Annahme der Gültigkeit des Standardmodells ergibt, so dass eine Neuinterpretation im Hinblick auf alternative Modelle oft sehr schwierig ist.

Standardmodell-Observablen von seltenen b-Hadron-Zerfällen, wie das Verzweigungsverhältnis des B+ → K+ nu anti-nu-Zerfalls, sind sehr empfindlich gegenüber den Auswirkungen vieler Modelle der Neuen Physik. Um die Modellabhängigkeit aufzuheben, haben Wissenschaftler des KIT, der LMU, der TMU, Siegen und Durham eine neuartige Re-Interpretationsmethode entwickelt, die auf kinematischer Neugewichtung basiert und modellunabhängige Likelihood-Funktionen liefert. In ihrer Arbeit veranschaulichen sie, wie die Neuinterpretation in der Praxis funktionieren würde, und zwar mit vereinfachten simulierten Daten, die von der jüngsten Belle II B+ → K+ nu anti-nu-Analyse inspiriert wurden. Dies kommt genau zum richtigen Zeitpunkt, da die Belle II-Messung des B+ → K+ nu anti-nu Verzweigungsverhältnis nur mit 2,7 Sigma mit dem Standardmodell kompatibel ist. Slavomira Stefkova vom ETP, eine der Autorinnen dieser Studie und der ursprünglichen Belle-II-Analyse, sagte: "Die Frage, die wir hier beantworten wollen, lautet: 'Welches Modell der Neuen Physik passt angesichts der aktuellen Daten am besten?', oder anders gefragt: 'Welche Modelle der Neuen Physik können wir ausschließen?

Die möglichen Beiträge Neuer Physik können durch die sogenannten Wilson-Koeffizienten der schwachen effektiven Theorie parametrisiert werden. Die simulierte Signalform, die für den Vergleich mit den gemessenen Daten verwendet wird, wird entsprechend der von einer alternativen Theorie vorhergesagten kinematischen Signalverteilung neu gewichtet. Durch die Erweiterung der pyhf-Software, die weithin für statistische Schlussfolgerungen in der Hochenergiephysik verwendet wird, und ihre Verknüpfung mit der EOS-Software für die Phänomenologie der Flavorphysik können die Wissenschaftler*innen eine effiziente Aktualisierung des theoretischen Modells vornehmen. Dies ermöglicht es, die Werte der oben erwähnten Wilson-Koeffizienten, die effektive Theorien charakterisieren, einzuschränken.

"Diese Arbeit legt den Grundstein für eine Neuinterpretation anhand der Analyse des B+ → K+ nu anti-Zerfalls, kann aber auf die meisten Analyseergebnisse verallgemeinert werden, die simulierte Daten mit realen Daten vergleichen. Das Hauptziel besteht darin, ein Werkzeug für die Neuinterpretation bereitzustellen, modell-agnostische Likelihoods, mit der jedes theoretische Modell getestet werden kann und somit die Suche nach neuer Physik wesentlich effizienter gestaltet werden kann. Als Bonus wird es mit veröffentlichten modellunabhängigen Likelihoods auch viel einfacher sein, experimentelle Kombinationen durchzuführen oder Messungen neu zu interpretieren, wenn sich Standardmodellvorhersagen ändern wird. Wir können es kaum erwarten, diese Methode auf echte Daten von Belle II anzuwenden", fügte Slavomira Stefkova hinzu.

Kontakt: Dr. Slavomira Stefkova