[논문 리뷰] Decay in the Standard Model and with New Physics

Shanmuka Shivashankara, W. Wu외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 2인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 표준모형과 새로운 물리 현상 시나리오 하에서 반세미 렙톤 붕괴 b → cτν에 대한 종합적인 분석을 제시하며, 가장 일반적인 4중각 분포를 유도하고 l = e, μ일 때 Rb = BR(b → cτν)/BR(b → clν)의 비율을 계산한다. 표준모형은 Rb ≈ 0.3을 예측하지만, 새로운 물리 현상 연장자들은 이 값을 증가시키거나 감소시킬 수 있으며, 이는 표준모형을 초월한 렙톤 쿼크 비일관성에 대한 민감한 탐지 수단이 된다.

ABSTRACT

Recently hints of lepton flavor non-universality emerged when the BaBar Collabora- tion observed deviations from the standard model predictions in R(D (�) ) ≡ B( ¯ B → D (�)+ τ ¯ ντ)/B( ¯ B → D (�)+ l ¯l) (l = e,µ). Another test of this non-universality can be in the semileptonicb → �cτ¯ ντ decay. In this work we present predictions for this decay in the standard model and in the presence of new-physics operators with dif- ferent Lorentz structures. We present the most general four-fold angular distribution for this decay including new physics. For phenomenology, we focus on predictions for the decay rate and the differential distribution in the momentum transfer squared q 2 . In particular, we calculate Rb = BR(�b!� cτ¯ ντ) BR(�b!�cl¯ νl) where l represents µ or e, and find the standard model prediction to be around 0.3 while the new physics operators can increase or decrease this value.

연구 동기 및 목표

• 표준모형을 초월한 새로운 물리 현상의 탐지 수단으로서 b → cτν 붕괴에서의 렙톤 쿼크 비일관성을 조사하는 것.
• 다양한 로렌츠 구조를 가진 새로운 물리 현상 연장자들을 포함한 b → cτν 붕괴에 대한 가장 일반적인 4중각 분포를 유도하는 것.
• 표준모형과 새로운 물리 현상 시나리오 모두에서 이 붕괴의 미분 붕괴율과 운동량 전달 제곱(q²) 분포를 계산하는 것.
• leptonic flavor universality를 시험하기 위한 핵심 관측량으로서 비율 Rb = BR(b → cτν)/BR(b → clν)를 계산하는 것.

제안 방법

• 연구는 b → cτν 붕괴에 대해 모든 가능한 새로운 물리 현상 연장자들과 별개의 로렌츠 구조를 포함한 가장 일반적인 4중각 분포를 구성한다.
• 효과적 장 이론 기법을 사용하여 붕괴 진폭에 새로운 물리 현상 연장자의 기여를 포함시킨다.
• 운동량 전달 제곱 q²에 대한 함수로, 표준모형과 새로운 물리 현상 기여를 포함한 미분 붕괴율을 계산한다.
• l = e 또는 μ일 때, b → cτν와 b → clν 붕괴의 분해율을 비교하여 Rb를 해석적으로 유도한다.
• 모든 운동역학적 의존성과 각도 상관관계를 고려하여 붕괴 최종 상태의 전체 현상학적 관련성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준모형에서 Rb = BR(b → cτν)/BR(b → clν)의 예측값은 얼마이며, 렙톤 쿼크 비일관성에 대한 실험적 힌트와 비교해 볼 때 어떻게 다를까?
• RQ2 다양한 로렌츠 구조를 가진 새로운 물리 현상 연장자들은 b → cτν 붕괴의 미분 붕괴율과 각도 분포에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 표준모형 예측값인 약 0.3에 비해 새로운 물리 현상은 Rb 비율을 얼마나 증가시키거나 감소시킬 수 있는가?
• RQ4 b → cτν 붕괴에서 새로운 물리 현상을 탐지하기 위한 각도 분포에 대한 함의는 무엇인가?

주요 결과

• 표준모형은 l = e 또는 μ일 때 BR(b → cτν)/BR(b → clν) 비율에 대해 Rb ≈ 0.3을 예측한다.
• 다양한 로렌츠 구조를 가진 새로운 물리 현상 연장자들은 표준모형 예측값에 비해 Rb의 값을 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
• b → cτν 붕괴에 대한 가장 일반적인 4중각 분포가 도출되었으며, 이는 새로운 물리 현상 효과를 포함한 전체 운동역학적 분석을 가능하게 한다.
• 운동량 전달 제곱 q²에 대한 함수로, 미분 붕괴율이 계산되었으며, 이는 실험적 비교를 위한 상세한 현상학적 프레임워크를 제공한다.
• 연구는 Rb가 표준모형을 초월한 렙톤 쿼크 비일관성을 탐지하기 위한 민감한 관측량임을 규명했다.