[논문 리뷰] Angular distribution of the rare decay $\Lambda_b o \Lambda( o N \pi) \ell^+\ell^-$

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

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 67인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 효과적 해밀토니안 프레임워크에서 텐서 연산자와 질량이 있는 레프톤을 포함한, 희귀 붕괴 Λb → Λ(→ Nπ)ℓ⁺ℓ⁻에 대한 최초의 완전한 각도 분포를 제시한다. 이는 b → sℓ⁺ℓ⁻ 전이에서 뉴클레온 물리 효과를 간과할 수 없음을 시사하며, 표준모형 예측과의 괴리 및 S1 + S3 레프톤쿠르크 모델에서의 잠재적 신호를 고려할 때 특히 그렇다.

ABSTRACT

We provide a determination of the complete angular distribution for the four body rare decay $\Lambda_b o \Lambda( o N \pi) \ell^+\ell^-$, with unpolarized $\Lambda_b$ 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 $\Lambda_b o \Lambda( o N \pi) au^+ au^-$ 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 Λb 바리온과 질량이 있는 레프톤을 고려한 네체입자 붕괴 Λb → Λ(→ Nπ)ℓ⁺ℓ⁻에 대한 완전한 각도 분포 제공.
• b → sℓ⁺ℓ⁻ 전이의 효과적 해밀토니안에서 텐서 연산자의 기여를 처음으로 포함하고 분석.
• 표준모형과 S1 + S3 레프톤쿠르크 모델에서의 세부적인 수치 분석을 통한 레프톤의 맛 보존 위반 조사.
• 텐서 연산자 기여에 대한 각도 관측량의 민감도 평가 및 뉴클레온 물리 신호 식별.

제안 방법

• 스칼라, 편미분, 벡터, 아르키메데스, 텐서 연산자를 포함한 연산자 기반 효과적 해밀토니안의 형식론.
• 하드론적 및 레프톤적 전류에 대한 헬리시티 진폭 사용. 명시적 표현은 디랙 표현에서 유도됨.
• 네체입자 붕괴에서 중간 상태 Λ 공명을 처리하기 위해 협소폭 근사 사용.
• Λb → Λ 전이의 라티스 QCD 형상인자 사용 및 BCL 매개변수화를 통한 외삽.
• 미분 붕괴율 및 각도 관측량 계산, 후방-전방 비대칭도 및 극화 비대칭도 포함.
• 표준모형과 S1 + S3 레프톤쿠르크 모델 간 결과 비교. 질량이 있는 레프톤 효과 및 LFU 비율에 중점을 둠.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 텐서 연산자는 Λb → Λ(→ Nπ)ℓ⁺ℓ⁻의 각도 분포에 어떻게 기여하며, 각도 관측량에서의 민감도는 어떠한가?
• RQ2 질량이 있는 레프톤 효과는 이 붕괴에서 레프톤의 맛 보존 비율 예측에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ3 S1 + S3 레프톤쿠르크 모델은 이 붕괴 모드에서 관측된 표준모형 예측과의 괴리 현상을 설명할 수 있는가?
• RQ4 이 붕괴에서의 각도 관측량은 표준모형을 초월한 뉴클레온 물리 신호를 탐지할 수 있을 정도로 충분히 민감한가?
• RQ5 LHCb 측정 결과와 비교하여 결과는 어떻게 되는가?

주요 결과

• 텐서 연산자는 각도 분포에 상당한 영향을 미치며, 특정 각도 관측량을 통해 검출 가능하여 b → sℓ⁺ℓ⁻ 전이에서 이를 간과할 수 없음을 시사한다.
• 질량이 있는 레프톤을 포함함으로써 표준모형 예측과의 괴리가 더욱 두드러지며, 특히 τ⁺τ⁻ 최종 상태에서 레프톤의 맛 보존 위반에 대한 민감도가 증가한다.
• 수치적 결과는 실험 데이터와 표준모형 예측 사이에 상당한 괴리가 있음을 보여주며, 후방-전방 비대칭도 및 극화 관측량에서 특히 두드러진다.
• S1 + S3 레프톤쿠르크 모델은 관측된 괴리를 설명할 수 있는 타당한 프레임워크를 제공하며, 뉴클레온 물리 후보로 유망하다고 제안한다.
• 이 연구는 후방-전방 비대칭도 및 극화 비대칭도와 같은 각도 관측량이 텐서 연산자 기여에 매우 민감하다는 것을 입증하며, 뉴클레온 물리 탐지에 깔끔한 탐사 수단을 제공한다.