[論文レビュー] Rare $B^- o\Lambda\bar{p} u\bar{ u}$ decay

C. Geng, Y. K. Hsiao|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、有効ハミルトニアンと $\bar{B} \to B\bar{B}'$ 遷移からのフォーム因子を用いて、標準模型において希少な四体半レプトン性崩壊 $B^- \to \Lambda\bar{p}\nu\bar{\nu}$ を研究する。予想される branching ratio は $(7.9 \pm 1.9) \times 10^{-7}$ であり、新物理への感受性が高く、将来の B ファクトリーで観測可能である可能性を示している。

ABSTRACT

We study the four-body semileptonic baryonic decay of $B^- o \Lambda\bar p u\bar u$ in the standard model. We find that the decay branching ratio is $(7.9\pm 1.9) imes 10^{-7}$. Similar to the rare decays of $B^- o K^{(*)-} u\bar u$, this baryonic decay of $B^- o \Lambda\bar p u\bar u$ is also sensitive to new physics and accessible to the future $B$ factories.

研究の動機と目的

• 標準模型におけるフラバー変換中性カレントの探査として、希少な半レプトン性バリオン崩壊 $B^- \to \Lambda\bar{p}\nu\bar{\nu}$ を調査すること。
• 時間反転対称性の破れと新物理への感受性を、角度分布の非対称性および T 奇の観測量を通じて評価すること。
• $\bar{B} \to B\bar{B}'$ 遷移から導かれるフォーム因子を用いて、正確な branching ratio 予測を提供すること。この予測は、関連する三体崩壊に関する実験データによって裏付けられている。
• 将来の B ファクトリーでのこの崩壊の観測可能性を検討すること。最終状態は実験的に再構成可能である。

提案手法

• ボックス図およびペンギン図から導かれる $b \to s\nu\bar{\nu}$ 遷移の有効ハミルトニアンを用いる。$H_{\text{eff}} = \frac{G_F}{\sqrt{2}} \frac{\alpha_{\text{em}}}{2\pi \sin^2\theta_W} \lambda_t D(x_t) \bar{s} \gamma^\mu (1 - \gamma^5) b \, \bar{\nu} \gamma_\mu (1 - \gamma^5) \nu$。
• $\bar{B} \to B\bar{B}'$ 遷移行列要素のパラメトライゼーションに、五つのフォーム因子 ($g_i$, $f_i$) を用い、pQCDのカウンティング則による $t^{-3}$ 依存性を導入する。
• 因子化を用いて崩壊振幅を構築する：$\mathcal{A}(B^- \to \Lambda\bar{p}\nu\bar{\nu}) \propto \langle \Lambda\bar{p} | \bar{s}\gamma^\mu(1 - \gamma^5)b | B^- \rangle \times \bar{\nu}\gamma_\mu(1 - \gamma^5)\nu$。
• 運動的制約とヤコビアン因子を用いて、五つの変数 $s = (p_\nu + p_{\bar{\nu}})^2$, $t = m_{B\bar{B}'}^2$, $\theta_B$, $\theta_L$, $\phi$ に対する位相空間積分を実行する。
• 位相空間測度 $d\Gamma = \frac{|\bar{A}|^2}{4(4\pi)^6 m_{\bar{B}}^3} X \, ds \, dt \, d\cos\theta_B \, d\cos\theta_L \, d\phi$ を用いて部分的崩壊幅を計算する。ここで $X$ と $\beta$-要因は三角関数 $\lambda(a,b,c)$ を介して定義される。
• 全位相空間にわたる積分を行い、$B^-$ の寿命で正規化することで branching ratio を評価する。フォーム因子パラメータは、$\bar{B} \to p\bar{p}M$ 崩壊のデータにフィットさせたものである。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型における希少バリオン崩壊 $B^- \to \Lambda\bar{p}\nu\bar{\nu}$ の予想される branching ratio は何か？
• RQ2 角度分布の非対称性および T 奇の観測量（例：$\vec{s}_\Lambda \cdot (\vec{p}_\Lambda \times \vec{p}_{\bar{p}})$）は、時間反転対称性の破れと新物理をどのように探査できるか？
• RQ3 この崩壊はどの程度実験的に再構成可能か？また、$B^- \to K^{*-} \nu\bar{\nu}$ などの他の希少崩壊と比較して、崩壊率はどの程度か？
• RQ4 $\bar{B} \to B\bar{B}'$ 遷移からのフォーム因子は、$B^- \to \Lambda\bar{p}\nu\bar{\nu}$ に妥当に外挿可能か？関連する崩壊で観測されたデータと整合的であるか？
• RQ5 $B(B^- \to \Lambda\bar{p}\nu\bar{\nu})$ と $B(B^- \to p\bar{p}e^-\bar{\nu}_e)$ の関係は何か？この関係は新物理の感受性を高めるのにどのように役立つか？

主な発見

• $B^- \to \Lambda\bar{p}\nu\bar{\nu}$ の予想される branching ratio は $(7.9 \pm 1.9) \times 10^{-7}$ であり、希少バリオン崩壊の予想されるオーダーと整合的である。
• T 奇の三重積相関（例：$\vec{s}_\Lambda \cdot (\vec{p}_\Lambda \times \vec{p}_{\bar{p}})$）を通じて、新物理への感受性が高く、標準模型では消えるが、新粒子による直接的な T 違反を示す可能性がある。
• $t^{-3}$ 依存性を持つフォーム因子パラメトライゼーションにより、閾値増強型の二バリオン質量スペクトルが得られ、これは $\bar{B} \to p\bar{p}M$ 崩壊でも観測されており、同様に期待される。
• この崩壊の崩壊率は $B^- \to K^{*-} \nu\bar{\nu}$ と同程度の大きさであり、将来の B ファクトリーでの観測感度が同様である可能性を示唆している。
• $B(B^- \to \Lambda\bar{p}\nu\bar{\nu})$ と $B(B^- \to p\bar{p}e^-\bar{\nu}_e)$ の間に有用な関係が見つかり、理論的予測の検証に役立つ。
• 最終状態 $\Lambda\bar{p}\nu\bar{\nu}$ は、$\Lambda \to p\pi^-$ の明確なシグネチャと $\bar{p}$ の検出可能性のおかげで実験的に再構成可能であり、発見可能性が高まっている。