[論文レビュー] Analysis of $\Lambda_{b} ightarrow$ $\Lambda \mu^{+} \mu^{-}$ decay in scalar leptoquark model

Shuai-wei Wang, Ya-Dong Yang|arXiv (Cornell University)|Aug 12, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、スカラーレプトクォーカー・モデル X(3,2,7/6) および X(3,2,1/6) を用いて、バリオン崩壊 Λb → Λμ⁺μ⁻ を分析し、微分崩壊断面積、偏極非対称性、前後非対称性への影響を検討した。その結果、X(3,2,7/6) レプトクォーカー・モデルが特定の二重レプトン偏極非対称性に顕著な影響を及ぼし、標準模型（SM）が不足するLHCbのデータにおける異常を説明する可能性を示した。

ABSTRACT

We analyze the baryonic semilepton decay $\Lambda_{b} ightarrow$ $\Lambda \mu^{+} \mu^{-}$ in the scalar leptoquark models with $X(3,2,7/6)$ and $X(3,2,1/6)$ states, respectively. We also discuss the effects of this two NP models on some physical observables. For some measured observables, like the differential decay width, the longitudinal polarization of the dilepton system, the lepton-side forward-backward asymmetry and the baryon-side forward-backward asymmetry, we find, the prediction values of SM are consistent with the current data in the most $q^{2}$ ranges, where the prediction values of this two NP models can also keep consistent with the current data with $1\sigma$. However, in some $q^{2}$ ranges, the prediction values of SM are difficult to meet the current data, but the contributions of this two NP models can meet them or keep closer to them. For the double lepton polarization asymmetries, $P_{LT}$, $P_{TL}$, $P_{NN}$ and $P_{TT}$ are sensitive to the scalar leptoquark model $X(3,2,7/6)$ but not to $X(3,2,1/6)$. However, $P_{LN}$, $P_{NL}$, $P_{TN}$ and $P_{NT}$ are not sensitive to this two NP models.

研究の動機と目的

• スカラー・レプトクォーカー・モデル X(3,2,7/6) および X(3,2,1/6) がバリオン崩壊 Λb → Λμ⁺μ⁻ に与える影響を検討すること。
• これらのレプトクォーカー・モデルが、微分崩壊断面積や前後非対称性といった観測量について、標準模型（SM）の予測と現在のLHCbデータとの乖離を説明できるかどうかを評価すること。
• 特に、SMが実験データと一致しない領域において、二重レプトン偏極非対称性が2つのレプトクォーカー・モデルにどのように依存するかを調査すること。
• Bs → μ⁺μ⁻ および Bd → Xsμ⁺μ⁻ 崩壊からの既存の制約を用いて、レプトクォーカー結合を制限すること。
• 標準模型（SM）と比較して、各レプトクォーカー・モデルが Λb → Λμ⁺μ⁻ の主要な観測量にどのように影響を与えるかを比較分析すること。

提案手法

• QCD補正と非因子化ハドロン的効果を含めた、標準模型（SM）における Λb → Λμ⁺μ⁻ 崩壊の有効ハミルトニアンを構築し、Wilson係数 Ceff_7(q²) および Ceff_9(q²) を用いる。低 q² 領域では不確かさを5%増加させた。
• 2つのスカラー・レプトクォーカー・モデル X(3,2,7/6) および X(3,2,1/6) を導入し、SU(3)×SU(2)×U(1)ゲージ不変性とFierz変換を用いて、新たなWilson係数 CNP_9 および CNP_10 を導出する。
• QCDライトコンデンサ・サムルールズ（LCSR）を用いて、Λb → Λ 崩壊の遷移形ファクターを計算し、崩壊断面積および非対称性の計算に不可欠な要素を得る。
• Bs → μ⁺μ⁻ および Bd → Xsμ⁺μ⁻ 崩壊からの制約を用いて、レプトクォーカー結合の制約付きパラメータ空間を設定し、両モデルに対して |λλ*/M²| の上限を 5×10⁻⁹ GeV⁻² に設定した。
• q² に関する関数として、観測量（微分崩壊断面積、全レプトン偏極 FL、レプトン側およびバリオン側の前後非対称性（AFB^μ および AFB^Λ）、二重レプトン偏極非対称性（PLT, PT L, PNN, PT T, PLN, PNL, PT N, PNT））を数値的に評価した。
• SMと2つのNPモデルの予測をLHCbデータと比較し、1σの整合性と、緊張領域における感度に注目した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スカラー・レプトクォーカー・モデル X(3,2,7/6) および X(3,2,1/6) は、Λb → Λμ⁺μ⁻ 崩壊の観測量について、標準模型（SM）の予測とLHCbデータとの乖離を説明できるか？
• RQ2 2つのレプトクォーカー・モデルは、特にSMが実験測定と一致しない領域において、二重レプトン偏極非対称性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 X(3,2,7/6) および X(3,2,1/6) モデルの予測が、SMから顕著に逸脱し、現在のデータとより良く一致する q² 範囲はどこか？
• RQ4 どの偏極非対称性がX(3,2,7/6) レプトクォーカー・モデルに対して最も感受性が強く、どの非対称性がどちらのNPモデルに対してもほとんど影響を受けないか？
• RQ5 既存のレアB中間子崩壊データを用いて、レプトクォーカー結合をどの程度まで制限でき、同時に Λb → Λμ⁺μ⁻ 測定と整合性を保てるか？

主な発見

• 標準模型（SM）における微分崩壊断面積、全レプトン偏極 FL、レプトン側前後非対称性 AFB^μ、バリオン側前後非対称性 AFB^Λ は、ほとんどの q² 範囲で現在のLHCbデータと整合している。
• q² 範囲 0.1 < q² < 1 GeV²/c² において、SMの AFB^μ 予測は1σ範囲内で実験データと一致しないが、X(3,2,7/6) レプトクォーカー・モデルにより予測はデータと整合するようになる。
• 二重レプトン偏極非対称性 PLT, PT L, PNN, および PT T は、X(3,2,7/6) レプトクォーカー・モデルに対して強く感受性を示しており、この崩壊チャネルにおける新物理のプローブとしての可能性を示唆している。
• 一方、PLN, PNL, PT N, および PNT はSMではほぼゼロであり、両レプトクォーカー・モデルに対しても弱い依存性を示しており、NPシナリオの区別には役立たない。
• X(3,2,1/6) レプトクォーカー・モデルは、すべての二重レプトン偏極非対称性にほとんど影響を与えないため、偏極観測量における異常を説明するのには効果が薄い。
• 統合的分析から、X(3,2,7/6) モデルは、特にSMがデータと緊張を示す低 q² 領域において、前後非対称性および偏極観測量の逸脱を説明する有効な解釈を提供することがわかった。