[論文レビュー] CP asymmetries in dileptonic decays of B-meson in MSSM

S. Rai Choudhury, Naveen Gaur|ArXiv.org|Jul 30, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、最小超対称標準模型（MSSM）における二重レプトン崩壊におけるCP非対称性の比較的分析を提示している。特に、包含的崩壊 $ B \to X_d \tau^+ \tau^- $ と排他的な放射性崩壊 $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ におけるスカラー相互作用の影響に注目している。スカラー相互作用は、両崩壊モードにおいてCP非対称性を異なる方法で顕著に変化させ、標準模型を超える新しい物理の感受性の高いプローブを提供する。

ABSTRACT

Scalar interactions (in effective Hamiltonian) can give significant variation of various experimental observables, as comparted to their respective Standard Model values, in dileptonic decays of B-meson. Also the quark level transition $b o d \ell^- \ell^+$ can be useful to test CP violation. Here we will do comparative study of CP violation in two independent processes, which have the same quark level transition ($b o d \ell^- \ell^+$), $B o X_d \ell^- \ell^+$ (the inclusive decay mode) and the exclusive channel $B_d o \ell^- \ell^+ γ$ (radiative dileptonic decay mode). We will mainly focus on the comparative study of scalar interactions on the CP asymmetries in these two different channels.

研究の動機と目的

• MSSMにおける二重レプトンB中間子崩壊におけるスカラー相互作用のCP非対称性への影響を調査すること。
• 同じクォークレベル遷移 $ b \to d \tau^+ \tau^- $ を含む包含的崩壊 $ B \to X_d \tau^+ \tau^- $ と排他的な放射性崩壊 $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ におけるCP非対称性を比較すること。
• MSSMにおける中性ヒッグスボソンを介したスカラー型オペレーターを通じて、これらのCP非対称性が新しい物理にどのように敏感であるかを評価すること。
• 実験的に測定可能な非対称性を用いて、スカラー寄与と標準模型の寄与を区別する定量的フレームワークを提供すること。

提案手法

• MSSMにおける $ b \to d \tau^+ \tau^- $ 遷移の有効ハミルトニアンを導出し、$ m_\tau m_b \tan^3\beta $ 比例のウィルソン係数を有するスカラーおよび擬スカラー型オペレーターを含む。
• CKM行列のユニタリティを用いて、トップ、 charm、およびアップクォークの寄与間の干渉項を $ b \to d $ 遷移において簡略化する。
• 排他的崩壊 $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ におけるハドロン行列要素をモデル化するために、形式因子 $ G_1, G_2, F_1, F_2 $ を用い、相対論的パラメータ化を採用する。
• 最終状態の位相空間積分を伴う、ベクトルおよびスカラー現在の寄与を含む完全な振幅干渉を用いてCP非対称性を計算する。
• MSSMパラメータ $ m = 200~\text{GeV}, M = 500~\text{GeV}, \tan\beta = 45 $ および標準模型の入力値 $ \lambda = 0.22, \rho = -0.07, \eta = 0.34 $ を用いた数値解析を実施する。
• スカラー相互作用の強度を変化させた条件下で、両崩壊モードにおけるCP非対称性のパターンを比較し、それらの特徴的なシグネチャを分離する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MSSMにおけるスカラー相互作用は、包含的二重レプトン崩壊 $ B \to X_d \tau^+ \tau^- $ におけるCP非対称性にどのように影響を与えるか？
• RQ2 スカラー相互作用は、排他的な放射的二重レプトン崩壊 $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ におけるCP非対称性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 同じ $ b \to d \tau^+ \tau^- $ クォークレベル遷移を経る包含的および排他的崩壊モード間で、CP非対称性の相対的挙動はどのように異なるか？
• RQ4 CP非対称性は、二重レプトンB崩壊におけるMSSMのスカラー寄与と標準模型寄与を区別するための判別子として機能できるか？
• RQ5 $ \tan\beta $ は、これらの崩壊におけるスカラー相互作用へのCP非対称性の感受性を高める役割を果たすか？

主な発見

• MSSMにおけるスカラー相互作用は、$ B \to X_d \tau^+ \tau^- $ および $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ の両崩壊モードにおいてCP非対称性を顕著に変化させ、それぞれの崩壊モードで異なるパターンを示す。
• 包含的崩壊 $ B \to X_d \tau^+ \tau^- $ におけるCP非対称性は、スカラー寄与が増加するにつれて増大するが、排他的崩壊 $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ では同様の条件下で減少する。
• 特定のMSSMパrameter領域、特に大きな $ \tan\beta $ の場合、$ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ の分岐比は最大2桁まで増加し、LHC-bで観測可能になる可能性がある。
• 半レプトン的崩壊における前向き・後方非対称性および分岐比はスカラー効果によって増加するが、CP非対称性は一様な傾向を示さないため、新しい物理に特有の感受性を示している。
• これらのモードにおけるCP非対称性の測定は、スカラー相互作用および標準模型を超える新しい物理を検出するための強力で非自明なプローブを提供する。
• 数値的結果から、$ \tan\beta = 45 $ の場合、特に $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ 崩壊において、スカラー媒介寄与が標準模型の振幅を上回ることが示され、MSSMの予測を検証するための主要な候補となる。