[論文レビュー] Angular distribution of the rare decay $Λ_b o Λ( o N π) \ell^+\ell^-$

Han Yan|arXiv (Cornell University)|Nov 26, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、有効場理論フレームワークにおいて、質量のあるレプトン効果とテンソル演算子を含めた、珍しい崩壊 $\Lambda_b \to \Lambda(\to N\pi)\ell^+\ell^-$ の完全な角度分布を初めて提示する。テンソル演算子が角度観測量に顕著な影響を及ぼすことが示され、特に $b\to s\ell^+\ell^-$ 遷移において、標準模型を越えた新しい物理の可能性が浮き彫りになる。

ABSTRACT

We provide a determination of the complete angular distribution for the four body rare decay $Λ_b o Λ( o N π) \ell^+\ell^-$, with unpolarized $Λ_b$ baryons and massive leptons, in the operator basis approach which includes the scalar, pseudo-scalar, vector, axial-vector and tensor operators. Especially, the contributions of tensor operators have been calculated for the first time in this work. Since the lepton mass is retained in our calculations, the lepton flavour universality and the decay mode $Λ_b o Λ( o N π) τ^+τ^-$ can be investigated in detail. For comparison with the experiment, we study the numerical results of observables within the Standard Model and the $S_1+S_3$ Leptoquark model. Significant deviation can be found between experiment data and the Standard Model predictions. The $S_1+S_3$ Leptoquark model can be further explored with the experimental progresses. In addition, we demonstrate the sensitivity of various angular observables to tensor operators contributions firstly, and find out that the potential New Physics effects of tensor operators can not be ignored in $b o s\ell^+\ell^-$ transitions.

研究の動機と目的

• 非極化された $\Lambda_b$ バリオンを用いた四体崩壊 $\\Lambda_b \to \Lambda(\to N\pi)\ell^+\ell^-$ の完全な角度分布を提供すること。
• この崩壊モードにおいて、初めて有効ハミルトニアンにおけるテンソル演算子の寄与を含めること。
• 質量のあるレプトンがレプトンフレーバー普遍性および角度観測量に与える影響を調査すること。
• 標準模型と $S_1 + S_3$ レプトクォーク模型の両方を用いて、理論予測を実験データと比較すること。
• 角度観測量が $b \to s\ell^+\ell^-$ 遷移における新しい物理を探索するためのテンソル相互作用にどれほど感受性があるかを評価すること。

提案手法

• スカラー、擬スカラー、ベクトル、軸性ベクトル、テンソル演算子を含む有効場理論フレームワークにおける演算子基底アプローチを採用する。
• レプトンフレーバー普遍性の正確な分析を可能にするために、振幅計算においてレプトンの完全な質量依存性を保持する。
• Detmold ら (2016) のLattice QCDフォーム因子とBCLパラメータ化を用いて、$\Lambda_b \to \Lambda$ 遷移の記述を行う。
• 全運動量空間とヘリシティ振幅を用いて、微分崩壊断面積および角度観測量を導出する。
• $\Lambda \to N\pi$ 崩壊をオンシェル共鳴状態として取り扱うために、幅の狭い幅近似を適用する。
• LHCbデータとの比較のため、前後対称性や $q^2$-微分分布を含む観測量を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 テンソル演算子は $\Lambda_b \to \Lambda(\to N\pi)\ell^+\ell^-$ の角度分布にどのように寄与するのか。また、現在または将来の実験で検出可能か。
• RQ2 $b \to s\ell^+\ell^-$ 遷移において、テンソルカレントが媒介する新しい物理効果が角度観測量に与える感受性はいかほどか。
• RQ3 質量のあるレプトン効果は、この崩壊におけるレプトンフレーバー普遍性比の予測にどの程度影響を及ぼすか。
• RQ4 $S_1 + S_3$ レプトクォーク模型と標準模型は、この崩壊における角度観測量の予測でどの程度異なるか。
• RQ5 テンソル演算子の導入により、$b \to s\ell^+\ell^-$ 遷移における実験データと標準模型予測の不一致を解消できるか。

主な発見

• 本研究は、$\Lambda_b \to \Lambda(\to N\pi)\ell^+\ell^-$ の角度分布におけるテンソル演算子寄与の初めての計算を提示し、顕著な効果が存在することを明らかにする。
• 数値的結果は、実験データと標準模型予測との間で顕著な乖離、特に前後対称性において顕著であることを示している。
• $S_1 + S_3$ レプトクォーク模型は、標準模型よりも実験データにより良い適合を示しており、新しい物理の可能性を示唆している。
• 質量のあるレプトン効果は、レプトンフレーバー普遍性の正確なテストにおいて不可欠であり、$R_K$-類似比を変化させる。
• $P_1$、$P_2$、$P_3$ などの角度観測量はテンソル寄与に対して非常に感受性が高く、新しい物理探索では無視できない。
• 本研究は、テンソル演算子が $b \to s\ell^+\ell^-$ 遷移において非自明な役割を果たしており、今後の $B$ および $\Lambda_b$ 崩壊のグローバルフィットにおいて考慮すべきであることを確認した。