[論文レビュー] T violation in $\\Lambda_b\ o\\Lambda\\ell^+\\ell^-$ decays

Chuan-Hung Chen, Chao-Qiang Geng+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 13被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、最終状態のレプトンおよびΛバリオンの横スピン極化を用いて、バリオン性Λb → Λℓ+ℓ−崩壊における時間反転（T）対称性の破れを調査する。レプトンのT奇性極化はレプトン質量によって強く抑制される一方、標準模型を超えた超対称モデルではΛバリオンの横スピン極化が最大50%に達することが示され、これにより新物理およびbクォーク系におけるT対称性の破れを明確に測定可能なシグナルが得られる。

ABSTRACT

We examine the T-odd transverse lepton and $\\Lambda$ polarizations in the baryonic decays of $\\Lambda_b\ o\\Lambda l^+l^- (l=e ,\\mu)$ to study the T violating effects. We show that the lepton polarizations are suppressed but the $\\Lambda$ ones can be as large as 50% in CP violating theories beyond the standard model such as the SUSY models, which can be tested in various future hadron colliders.

研究の動機と目的

• 排他的バリオン性B崩壊、特にΛb → Λℓ+ℓ−においてT奇性の観測量を特定・定量し、時間反転対称性の破れを直接的に探る。
• レプトンの極化とは異なり、ΛバリオンのT奇性横スピン極化を他のT奇性観測量、特にレプトン極化に関連するものと区別する。
• 特にR対称性を有する・ない超対称モデルにおける新物理寄与へのΛの横スピン極化の感受性を調査する。
• 将来のハドロン衝突型加速器（LHCb、ATLAS、CMSなど）において、大きなT対称性の破れ信号を測定可能かどうかを評価する。
• 長距離効果および電磁最終状態効果を除いたΛバリオンの横スピン極化を分離することで、新物理によるCPおよびT対称性の破れの明確でモデルに依存しないシグナルを提供する。

提案手法

• b → sℓ+ℓ−崩壊の有効ハミルトニアンに基づく形式的枠組みを採用し、ウィルソン係数CL_iおよびCR_iを介して左・右ヘンジングのカップリングを含む。
• 重クォーク効果理論（HQET）を用いて、Λb → Λ遷移における形因子f_i^Tおよびg_i^Tをパラメトライズし、行列要素を簡略化する。
• 特にΛバリオンのT奇性横スピン極化ベクトルP^T_i ∝ Im(CR_9 CL*_{10} - CL_9 CR*_{10})を、スピン・運動量三重相関を用いて定義する。
• 極化された最終状態粒子を伴う微分崩壊断面積の導出において、極化ベクトル⃗P_i = P^L_i ˆe^L_i + P^N_i ˆe^N_i + P^T_i ˆe^T_i を用いる。
• 横スピン極化非対称性P^T_lおよびP^T_Λの明示的計算を行い、P^T_lがm_l/M_Λbに比例して抑制される一方、P^T_Λは右ヘンジングカップリングに敏感であることを示す。
• 標準模型および超対称モデル（R対称性を有する・ないもの）におけるBrおよびP^T_Λの数値的評価を行い、ΨおよびΨ′状態からの共鳴寄与を含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Λb → Λℓ+ℓ−崩壊におけるΛバリオンの横スピン極化は、標準模型を超えた時間反転対称性の破れを明確に探るモデルに依存しないプローブとして機能できるか？
• RQ2 レプトンの極化よりもΛバリオンの横スピン極化がT対称性の破れに対してより感受性が高いのはなぜか、（それにもかかわらず）通常はレプトン極化がよく研究されているにもかかわらず。
• RQ3 P^T_Λが大きくなる条件は何か、そしてP^T_lとはどのような点で異なるか？
• RQ4 長距離QCDおよび電磁最終状態相互作用が、P^T_Λにおける新物理シグナルを模倣または隠蔽する程度はどの程度か？
• RQ5 将来のハドロン衝突型加速器において、3σの有意水準でP^T_Λ > 10%を観測するには、どの程度の実験的統計量および感度が必要か？

主な発見

• Λバリオンの横スピン極化P^T_Λは、(CR_9 CL*_{10} - CL_9 CR*_{10})の虚部に比例し、右ヘンジングカップリングおよび新物理位相に感受性を示す。
• これに対して、レプトンの横スピン極化P^T_lはレプトン質量に比例して抑制され、m_l / M_Λbに比例するため、標準模型では非常に小さくなる。
• R対称性のない超対称モデルでは、Λb → Λμ+μ−においてP^T_Λが最大50%に達することがあり、T対称性の破れの強力で測定可能なシグナルを示す。
• R対称性を有するモデルですら、同じ運動量領域においてP^T_Λは50%以上に達し、さまざまなSUSYシナリオにわたって堅牢であることが確認された。
• Λb → Λμ+μ−の微分崩壊断面積は、標準模型およびR対称性を有する・ないSUSYモデルにおいて、それぞれ(2.10, 1.66, 4.41) × 10^{-6}であり、SM予測からのわずかなずれしか示さない。
• P^T_Λ ∼ 10%を3σの有意水準で観測するには、少なくとも4.5 × 10^7個のΛb崩壊が必要であり、これはLHCb、ATLAS、CMS、および将来のスーパーベータファクトリーにとって実現可能な目標である。