[논문 리뷰] Enhanced $B o \mu \bar u$ Decay at Tree Level

W.-S. Hou, Masaya Kohda외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 03. 07.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 트리 수준에서 새로운 양자수 상호작용에 의해 $B \to \mu\bar{\mu}}$ 붕괴 비율이 향상될 수 있음을 제안한다. 특히 $\lambda_{\tau\mu}$ 및 $\lambda_{tu}$와 같은 새로운 양자수 상호작용은 $B \to \mu\bar{\mu}}$ 붕괴를 증가시키지만 $B \to \tau\bar{\mu}}$에는 영향을 주지 않아, 표준모형 및 타입 II 이중 히iggs 막대 모형 예측과의 이심을 초래한다. 최근 벨레 실험 데이터에서 이러한 증가 경향이 암시되고 있으며, 벨레 II 실험은 몇 개의 피코바른 단위의 데이터로도 이러한 새로운 물리 현상을 탐지할 수 있다.

ABSTRACT

The presence of extra Yukawa couplings, in particular $ ho_{ au\mu}$ and $ ho_{tu}$, can enhance $B o \mu\bar u$ rate but leave $B o au\bar u$ unchanged, thereby their ratio can deviate from the value common to the Standard Model and two Higgs doublet model type II. With recent hint of enhancement in $B o \mu\bar u$ using full Belle data, the Belle II experiment could probe this New Physics with just a few ab$^{-1}$.

연구 동기 및 목표

• 추가의 양자수 상호작용이 $B \to \mu\bar{\mu}}$ 붕괴 비율을 향상시키면서도 $B \to \tau\bar{\mu}}$에는 영향을 주지 않는 방식으로 작용할 수 있는지 조사하기.
• 표준모형 및 타입 II 이중 히iggs 막대 모형의 기대치와 비교해 $B \to \mu\bar{\mu}}$와 $B \to \tau\bar{\mu}}$ 붕괴 비율의 비율이 어떻게 이심되는지 규명하기.
• 최근 전 벨레 데이터에서의 힌트를 고려할 때, 벨레 II 실험의 적은 루미노시티로도 이러한 새로운 물리 현상을 탐지할 수 있는 잠재력을 평가하기.

제안 방법

• 추가의 양자수 상호작용 $\lambda_{\tau\mu}$ 및 $\lambda_{tu}$를 고려해 트리 수준에서 $B \to \mu\bar{\mu}}$ 붕괴를 모델링하기.
• $B \to \mu\bar{\mu}}$ 및 $B \to \tau\bar{\mu}}$ 과정의 진폭을 계산하여, 새로운 상호작용이 오직 첫 번째 과정에만 영향을 준다는 것을 보여주기.
• 분해율 비율 $\mathcal{B}(B \to \mu\bar{\mu}})/\mathcal{B}(B \to \tau\bar{\mu}})$를 표준모형 및 타입 II 2HDM 예측과 비교하기.
• 몇 개의 ab$^{-1}$의 투과 루미노시티를 가정해, 벨레 II 실험의 이러한 새로운 상호작용에 대한 감도를 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준모형과 타입 II 2HDM 예측에서 벗어나, $\lambda_{\tau\mu}$ 및 $\lambda_{tu}$와 같은 새로운 양자수 상호작용이 트리 수준에서 $B \to \mu\bar{\mu}}$ 붕괴를 증가시키면서도 $B \to \tau\bar{\mu}}$에는 영향을 주지 않는가?
• RQ2 이러한 상호작용이 존재할 경우, $\mathcal{B}(B \to \mu\bar{\mu}})/\mathcal{B}(B \to \tau\bar{\mu}})$ 비율이 표준모형 및 타입 II 2HDM의 기대값에서 벗어나는가?
• RQ3 현재 실험적 힌트를 고려할 때, 벨레 II 실험은 몇 개의 ab$^{-1}$의 통합 루미노시티로도 이러한 이심을 탐지할 수 있는가?

주요 결과

• $\lambda_{\tau\mu}$ 및 $\lambda_{tu}$ 양자수 상호작용의 존재는 트리 수준에서 $B \to \mu\bar{\mu}}$ 붕괴 비율을 증가시키지만 $B \to \tau\bar{\mu}}$에는 영향을 주지 않는다.
• 이로 인해 $B \to \mu\bar{\mu}}$와 $B \to \tau\bar{\mu}}$ 붕괴 분해율 비율이 표준모형 및 타입 II 2HDM 예측과 다름을 보인다.
• 벨레 II 실험에서 몇 개의 피코바른 단위의 데이터로도 $B \to \mu\bar{\mu}}$ 붕괴의 증가가 탐지 가능하다.
• 이 모델은 최근 전 벨레 데이터에서 관측된 $B \to \mu\bar{\mu}}$ 붕괴 증가 경향에 대해 타당한 설명을 제공한다.