[論文レビュー] The $Λ_b o Λ( o pπ^-)μ^+μ^-$ decay in the aligned two-Higgs-doublet model

Quan-Yi Hu, Xin-Qiang Li+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 82被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、正確な格子QCD形式因子を用いて、整列型2ヒッグスダブルレット模型（A2HDM）における希少なバリオン崩壊 $Λ_b \to \Lambda(\to p\pi^-)\mu^+\mu^-$ を調査する。右側の半レプトン的演算子が電荷を帯びたスカラーから生じる場合、標準模型とLHCbのデータを $[15,20]\,\text{GeV}^2$ のエネルギー二乗領域で整合させることが可能であり、特に微分分岐比とレプトン側の前後非対称性を増幅する。

ABSTRACT

The rare baryonic decay $Λ_b o Λ( o pπ^-)μ^+μ^-$ provides valuable complementary information compared to the corresponding mesonic $b o sμ^+μ^-$ transition. In this paper, using the latest high-precision lattice QCD calculation of the $Λ_b oΛ$ transition form factors, we study this interesting decay within the aligned two-Higgs-doublet model, paying particularly attention to effects of the chirality-flipped operators generated by the charged scalars. In order to extract the full set of angular coefficients in this decay, we consider the following ten angular observables that can be derived from the analysis of the subsequent parity-violating $Λ o pπ^-$ decay: the differential branching fraction ${ m d}{\cal B}/{ m d}q^2$, the longitudinal polarization fraction $F_L$, the lepton-, hadron- and combined lepton-hadron-side forward-backward asymmetries $A_{ m FB}^\ell$, $A_{ m FB}^Λ$ and $A_{ m FB}^{\ellΛ}$, as well as the other five asymmetry observables $Y_i$~($i={ m 2,\,3s,\,3sc,\,4s,\,4sc}$). Detailed numerical comparisons are made between the SM and NP values for these angular observables. It is found that, under the constraints from the inclusive $B o X_sγ$ branching fraction and the latest global fit results of $b o s\ell\ell$ data, the contributions of right-handed semileptonic operators $O^{\prime}_{9,10}$, besides reconciling the $P_5^{\prime}$ anomaly observed in $B^0 o K^{\ast 0}μ^+μ^-$ decay, could also enhance the values of ${ m d}{\cal B}/{ m d}q^2$ and $A_{ m FB}^\ell$ in the bin $[15,20]~{ m GeV}^2$, leading to results consistent with the current LHCb measurements.

研究の動機と目的

• 標準模型を超えたニューサイエンスの研究を、希少なバリオン的 $b\to s\mu^+\mu^-$ 崩壊において行う。
• 整列型2ヒッグスダブルレット模型（A2HDM）が、$b\to s\ell\ell$ 遷移における持続的な異常を説明できるかどうかを調査する。
• 電荷を帯びたスカラーから生じるチラリティ反転演算子が、$\Lambda_b \to \Lambda(\to p\pi^-)\mu^+\mu^-$ における角度観測量に与える影響を評価する。
• A2HDMの予測をLHCbの測定値と$b\to s\ell\ell$ データのグローバルフィットと比較し、$q^2$ 依存の観測量に注目する。

提案手法

• 最新の高精度な格子QCD計算を用いて、$\Lambda_b \to \Lambda$ 遷移の形式因子を求める。
• $\Lambda_b \to \Lambda(\to p\pi^-)\mu^+\mu^-$ の完全な4体角度分布を分析し、10個の角度観測量を抽出する。
• 有効場理論の手法を用いて、A2HDMにおけるウィルソン係数を計算し、電荷を帯びたヒッグスボソンの寄与を含む。
• $C_9^{\prime}$, $C_{10}^{\prime}$, および $C_7^{\rm eff}$ の式を、ループ関数 $F_i(y_t)$ とヤコビ型カップリングで表す。
• 包含的 $B\to X_s\gamma$ 分岐比と、$b\to s\ell\ell$ データのグローバルフィットからの制約を課す。
• 微分分岐比、スピン極化率、前後非対称性について、標準模型とA2HDMの予測を数値的に比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 A2HDMは、右側の演算子からの寄与によって、$B^0\to K^{*0}\mu^+\mu^-$ 崩壊における $P_5'$ 異常を説明できるか？
• RQ2 A2HDMにおける電荷を帯びたスカラーの寄与は、$\Lambda_b \to \Lambda\mu^+\mu^-$ において微分分岐比とレプトン側の前後非対称性 $A_{\rm FB}^\ell$ を増幅させ、LHCbの測定値と一致するか？
• RQ3 A2HDMは、$B\to X_s\gamma$ と $b\to s\ell\ell$ データのグローバルフィットからの制約と整合しているか？
• RQ4 A2HDMは、$[15,20]\,\text{GeV}^2$ のエネルギー二乗領域において、標準模型の予測とLHCb測定値の乖離を解消できるか？
• RQ5 A2HDMは、メソン的およびバリオン的 $b\to s\ell^+\ell^-$ 崩壊における両方の異常を統一的に説明できるか？

主な発見

• $[15,20]\,\text{GeV}^2$ のエネルギー二乗領域において、ケースBのA2HDMは微分分岐比とレプトン側の前後非対称性 $A_{\rm FB}^*\ell$ を、現在のLHCb測定値と整合する値へと増幅する。
• A2HDMにおける電荷を帯びたスカラーから生じる右側の演算子 $O^{\prime}_9$ と $O^{\prime}_{10}$ は、この $q^2$ 範囲でデータとの一致を著しく改善する。
• ケースBのA2HDMは、標準模型およびケースAよりも強く支持される。なぜなら、$B^0\to K^{*0}\mu^+\mu^-$ における $P_5'$ 異常と $\Lambda_b\to\Lambda\mu^+\mu^-$ の観測量を同時に説明できるからである。
• このモデルは $C_9$ に正のシフトを予測するが、これはメソンのみのグローバルフィットが好む負のシフトとは対照的であり、より複雑なニューフェイジスチャーモデル構造を示唆する。
• 結果は、ケースBのA2HDMが現在の$b$ハイドロン崩壊における異常を解決する有望な解決策であることを示しており、特に高精度な角度観測量と組み合わせた場合に顕著である。
• 非因子化されたスペンサー効果は理論的課題のままであり、今後の高精度で細かいエネルギー分割の測定が、モデルのさらなる検証に不可欠である。