[論文レビュー] Angular distribution of the rare decay $\Lambda_b o \Lambda( o N \pi) \ell^+\ell^-$

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

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 67被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、有効ハミルトニアンの枠組みにおいて、テンソル演算子と質量のあるレプトンの寄与を完全に含めた、珍しい崩壊 Λb → Λ(→ Nπ)ℓ⁺ℓ⁻ の最初の完全な角度分布を提示する。角度観測量がテンソル演算子に著しく敏感であることが明らかになり、標準模型の予測からのずれや S1 + S3 レプトンクォークモデルにおける可能性のある信号を踏まえると、b → sℓ⁺ℓ⁻ 遷移におけるニューサイエンス効果を無視できないことが示唆される。

ABSTRACT

We provide a determination of the complete angular distribution for the four body rare decay $\Lambda_b o \Lambda( o N \pi) \ell^+\ell^-$, with unpolarized $\Lambda_b$ 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 $\Lambda_b o \Lambda( o N \pi) au^+ au^-$ 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 Λb バリオンと質量のあるレプトンを用いた、4体崩壊 Λb → Λ(→ Nπ)ℓ⁺ℓ⁻ の完全な角度分布の提供。
• 有効ハミルトニアンにおける b → sℓ⁺ℓ⁻ 遷移のためのテンソル演算子の寄与を、初めて含めるとともに分析すること。
• 標準模型と S1 + S3 レプトンクォークモデルにおける詳細な数値解析を通じて、レプトンのフレーバー不変性の破れを調査すること。
• 角度観測量がテンソル演算子の寄与にどれほど敏感であるかを評価し、ニューサイエンスの兆候を特定すること。

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、演算子基底における有効ハミルトニアンに基づく形式的枠組み。
• ハリケーン振幅を介したハドロン的およびレプトン的カレントの使用。明示的な式はディラック表現で導出された。
• 4体崩壊における中間の Λ 共鳴状態を扱うために、幅の狭い幅近似を採用。
• Λb → Λ 遷移のための格子QCDのフォーム因子を用いた数値的評価。BCLパラメータ化による外挿を含む。
• 微分崩壊断面積および角度観測量（前向き・後向き非対称性、偏極非対称性を含む）の計算。
• 標準模型と S1 + S3 レプトンクォークモデルとの比較。質量のあるレプトンの効果と LFU 確率比に注目。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 テンソル演算子は Λb → Λ(→ Nπ)ℓ⁺ℓ⁻ の角度分布にどのように寄与するのか。また、それらの寄与は角度観測量にどの程度感受性を示すのか。
• RQ2 質量のあるレプトンの効果は、この崩壊におけるレプトンのフレーバー不変性比の予測をどの程度変化させるのか。
• RQ3 S1 + S3 レプトンクォークモデルは、この崩壊モードにおける標準模型の予測からの観測されたずれを説明できるか。
• RQ4 この崩壊における角度観測量は、標準模型を超えるニューサイエンスを検出するのに十分に感受性を有しているか。
• RQ5 LHCb の測定結果を踏まえると、結果は実験データとどの程度一致するのか。

主な発見

• テンソル演算子は角度分布に顕著な寄与をし、特定の角度観測量を通じて検出可能である。これは、b → sℓ⁺ℓ⁻ 遷移においてその効果を無視できないことを示唆する。
• 質量のあるレプトンを含めることで、特に τ⁺τ⁻ 終状態において、標準模型の予測からのずれが顕著に強調され、レプトンのフレーバー不変性の破れに対する感受性が向上する。
• 数値的結果は、実験データと標準模型の予測との間に顕著な差異があることを示しており、特に前向き・後向き非対称性や偏極観測量において顕著である。
• S1 + S3 レプトンクォークモデルは、観測されたずれを説明する有効なフレームワークを提供しており、有望なニューサイエンス候補であると考えられる。
• 本研究は、前向き・後向き非対称性や偏極非対称性といった角度観測量が、テンソル演算子の寄与に対して非常に感受性を示すことを示しており、ニューサイエンスを明確に探るためのクリーンなプローブであると示した。