[논문 리뷰] Comparative Study of $B_{c} o D_{s}^{*}\ell^{+}\ell^{-}$ Decays in Standard Model and Supersymmetric Models

Aqeel Ahmed, Ishtiaq Ahmed외 4명|arXiv (Cornell University)|2011. 08. 04.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 51인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 양자 색역학 합성 규칙을 사용하여 표준모형(SM)과 초대칭 모형(MSSM 및 SUSY SO(10) GUT)에서 희귀 $B_c \to D_s^{*}\ell^+\ell^-$ 붕괴를 비교한다. 새로운 윌슨 계수로 인해 초대칭 효과가 특히 정면-뒤로 비대칭과 극화 비대칭에서 뚜렷하게 나타나며, 이는 초표준모형의 파arameter 공간에 대한 강력한 제약을 제공한다.

ABSTRACT

A comparative study of the exclusive rare $B_{c} ightarrow D_{s}^{\ast}\ell^{+}\ell^{-}$ ($\ell=\mu, au$) decays has been made in the minimal supersymmetric models (MSSM) and the SUSY SO(10) GUT models. In this context, various physical observables such as branching ratios $(\mathcal{BR})$, forward-backward asymmetries $(\mathcal{A}_{FB})$, lepton polarization asymmetries $(P_{L,N,T})$ and helicity fractions ($f_{L,T}$) of $D_{s}^{\ast}$ meson by using the the QCD sum rules form factors have been investigated. It is found that the SUSY effects are characteristically prominent to that of the SM values for these observables. For instance, in SUSY I and SUSY II, the forward-backward asymmetry does not cross zero which is mainly due to the same sign of the $C_{7}^{eff}$ and $C_{9}^{eff}$ Wilson coefficients. Similarly in SUSY SO(10) GUT models due to the complex nature of the new Wilson coefficients -- corresponding to the new operators arising due to the contribution of neutral Higgs bosons (NHBs) -- the above mentioned observables are sizably affected. Therefore the analysis of said observables in charmed semileptonic $B$ meson decays can put some stringent constraints on the parameter space of SUSY variants and can serve as a windowpane to look beyond the SM.

연구 동기 및 목표

• 표준모형 외 초대칭의 영향을 배제한 희귀 $B_c \to D_s^{*}\ell^+\ell^-$ 붕괴에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 특히 중성 힉스 보손 기여로 인해 분해비율과 비대칭과 같은 핵심 관측량이 어떻게 수정되는지 분석하기 위해.
• 최소 초대칭 모형(MSSM)과 SUSY SO(10) GUT 모형의 예측을 표준모형과 비교하기 위해.
• 효과 윌슨 계수를 통한 새로운 물리학의 민감도를 분석하여 정면-뒤로 비대칭과 레프톤 극화의 민감도를 평가하기 위해.
• 이 붕괴가 초대칭 모형의 매개변수 공간을 제약하는 데 사용될 수 있는지 확인하기 위해.

제안 방법

• 붕괴율 계산에 필수적인 $B_c \to D_s^*$ 전이의 형상 인자들을 계산하기 위해 QCD 합성 규칙을 사용하였다.
• 분해비율, 정면-뒤로 비대칭($\mathcal{A}_{FB}$), 레프톤 극화 비대칭($P_L, P_N, P_T$), $D_s^*$의 스핀 분율($f_L, f_T$)과 같은 물리적 관측량을 계산하였다.
• 특히 중성 힉스 보손 상호작용으로부터 유래한 새로운 윌슨 계수($C_7^{\text{eff}}, C_9^{\text{eff}}$)를 포함한 효과적 해밀토니안을 유도하였다.
• 중성 힉스 보손 기여로 인해 발생하는 복잡한 새로운 윌슨 계수의 구조를 분석하여, 이는 SM과 비교해 붕괴 관측량에 상당한 영향을 미친다.
• 표준모형, MSSM(SUSY I 및 II), 그리고 SUSY SO(10) GUT 모형 간의 결과를 비교하여 초대칭 서명을 분리하였다.
• 최종 상태의 레프톤 품종($\ell = \mu, \tau$) 의존성을 사용하여 다양한 레프톤 상태에서 초대칭 기여의 차이를 탐색하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초대칭 모형(MSSM 및 SUSY SO(10) GUT)은 표준모형과 비교해 $B_c \to D_s^{*}\ell^+\ell^-$의 분해비율을 어떻게 수정하는가?
• RQ2 특히 중성 힉스 보손으로부터 기인한 새로운 물리 기여는 $B_c \to D_s^{*}\ell^+\ell^-$ 붕괴에서 정면-뒤로 비대칭에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 SUSY 모형과 표준모형 간에 $D_s^*$ 메손의 레프톤 극화 비대칭과 스핀 분율은 어떻게 다를까?
• RQ4 어떤 초대칭 시나리오에서는 정면-뒤로 비대칭이 0을 가로질러야 할 수 없으며, 이는 효과 윌슨 계수의 부호에 대해 어떤 의미를 갖는가?
• RQ5 표준모형 예측에서의 관측량의 관측된 편차는 초대칭 모형의 매개변수 공간을 제약할 수 있는가?

주요 결과

• 초대칭 효과로 인해 $B_c \to D_s^{*}\ell^+\ell^-$ 붕괴에서 정면-뒤로 비대칭이 크게 변화하며, SUSY I 및 SUSY II에서는 같은 부호의 $C_7^{\text{eff}}$ 및 $C_9^{\text{eff}}$ 윌슨 계수로 인해 비대칭이 0을 가로질러서는 안 된다.
• SUSY SO(10) GUT 모형에서는 중성 힉스 보손의 기여로 인해 발생하는 새로운 윌슨 계수의 복잡한 성격이 모든 연구된 관측량에 상당한 변화를 초래한다.
• SUSY 시나리오에서 $D_s^*$ 메손의 레프톤 극화 비대칭($P_L, P_N, P_T$)과 스핀 분율($f_L, f_T$)은 표준모형 예측과 뚜렷한 편차를 보인다.
• 분해비율은 초대칭 모형에서 표준모형과 다르게 수정되며, 수정 정도는 특정 초대칭 모형과 최종 상태 레프톤의 품종에 따라 달라진다.
• 정면-뒤로 비대칭은 초대칭 모형에서 비제로이자 부호가 안정한 상태를 유지하며, 이는 표준모형의 행동과 대조되며 새로운 물리학의 명확한 서명을 나타낸다.
• 이러한 관측량들은 MSSM 및 SUSY SO(10) GUT 모형의 매개변수 공간에 대해 강력한 모형에 의존적인 제약을 제공한다.