[논문 리뷰] Angular distribution of the rare decay $Λ_b o Λ( o N π) \ell^+\ell^-$

Han Yan|arXiv (Cornell University)|2019. 11. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 효과적 양자장 이론 프레임워크 내에서 질량이 있는 레프톤 효과와 텐서 연산자를 포함한, 희귀 붕괴 $\Lambda_b \to \Lambda(\to N\pi)\ell^+\ell^-$에 대한 최초의 완전한 각도 분포를 제시한다. 이는 텐서 연산자가 각도 관측량에 상당한 영향을 미치며, 특히 $b\to s\ell^+\ell^-$ 전이에서 표준모형을 초월한 뉴 피직스 잠재력이 있음을 드러낸다.

ABSTRACT

We provide a determination of the complete angular distribution for the four body rare decay $Λ_b o Λ( o N π) \ell^+\ell^-$, with unpolarized $Λ_b$ 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 $Λ_b o Λ( o N π) τ^+τ^-$ 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.

연구 동기 및 목표

• 비극성 $\Lambda_b$ 바리온을 가진 네체계 희귀 붕괴 $\\Lambda_b \to \Lambda(\to N\pi)\ell^+\ell^-$에 대한 완전한 각도 분포를 제공하기 위해.
• 이 붕괴 모드에서 처음으로 효과 해밀토니안 내 텐서 연산자의 기여를 포함하기 위해.
• 질량이 있는 레프톤이 레프톤 프레임 유니버설리티와 각도 관측량에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 표준모형과 $S_1 + S_3$ 렙토쿠아크 모형을 사용하여 이론 예측을 실험 데이터와 비교하기 위해.
• 각도 관측량이 $b \to s\ell^+\ell^-$ 전이에서 뉴 피직스를 탐지하기 위한 텐서 상호작용에 얼마나 민감한지 평가하기 위해.

제안 방법

• 스칼라, 편미분, 벡터, 축성, 텐서 연산자를 포함한 효과적 장 이론 프레임워크 내의 연산자 기반 접근법을 사용하기 위해.
• 레프톤의 전체 질량 의존성을 유지하여 레프톤 프레임 유니버설리티 정밀 분석이 가능하도록 진동수 계산에 포함하기 위해.
• Detmold 등 (2016)의 라티스 QCD 형상 인자와 BCL 매개변수화를 사용하여 $\Lambda_b \to \Lambda$ 전이를 위해.
• 전체 운동량 위상 공간과 헬리시티 진동수를 사용하여 미분 붕괴률과 각도 관측량을 유도하기 위해.
• $\Lambda \to N\pi$ 붕괴를 온-shell 공명으로 간주하기 위해 협소한 너비 근사를 적용하기 위해.
• LHCb 데이터와의 비교를 위해 향후-뒤집힘 비대칭 및 $q^2$-차별 분포와 같은 관측량을 계산하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 텐서 연산자는 $\Lambda_b \to \Lambda(\to N\pi)\ell^+\ell^-$의 각도 분포에 어떻게 기여하며, 현재 또는 향후 실험에서 검출 가능한가?
• RQ2 $b \to s\ell^+\ell^-$ 전이에서 텐서 전류에 의해 매개되는 뉴 피직스 효과에 대해 각도 관측량은 얼마나 민감한가?
• RQ3 이 붕괴에서 질량이 있는 레프톤 효과는 레프톤 프레임 유니버설리티 비율에 예측을 얼마나 변화시키는가?
• RQ4 $S_1 + S_3$ 렙토쿠아크 모형과 표준모형은 이 붕괴에서 각도 관측량에 대해 어떻게 다른 예측을 내는가?
• RQ5 텐서 연산자의 포함이 $b \to s\ell^+\ell^-$ 전이에서 실험 데이터와 표준모형 예측 간의 괴리 문제를 해결할 수 있는가?

주요 결과

• 이 연구는 $\Lambda_b \to \Lambda(\to N\pi)\ell^+\ell^-$의 각도 분포에 대한 텐서 연산자 기여를 처음으로 계산하여 유의미한 영향을 드러냈다.
• 수치적 결과는 실험 데이터와 표준모형 예측 사이에 상당한 이질성이 있음을 보여주며, 특히 향후-뒤집힘 비대칭에서 두드러진다.
• $S_1 + S_3$ 렙토쿠아크 모형은 표준모형보다 실험 데이터에 더 잘 맞는다. 이는 잠재적인 뉴 피직스를 시사한다.
• 질량이 있는 레프톤 효과는 $R_K$-유사 비율을 변화시키므로, 레프톤 프레임 유니버설리티의 정확한 검증을 위해 필수적이다.
• $P_1$, $P_2$, $P_3$와 같은 각도 관측량은 텐서 기여에 매우 민감하며, 뉴 피직스 탐색에서 무시할 수 없다.
• 이 연구는 텐서 연산자가 $b \to s\ell^+\ell^-$ 전이에서 비자명한 역할을 하며, 향후 $B$ 및 $\Lambda_b$ 붕괴의 전반적 피팅에 포함되어야 한다고 확인했다.