[논문 리뷰] Probe the R-parity Violating Supersymmetry Effects in the $B^0_s-\bar{B}^0_s$ Mixing

Ru-Min Wang, G. R. Lu외 2명|arXiv (Cornell University)|2006. 09. 27.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 최신 CDF 및 DØ 실험 측정값을 바탕으로 $B^0_s$-$\bar{B}^0_s$ 혼합에서 R-포탄 위반 (RPV) 초대칭 효과를 조사한다. $\Delta M_s$에서 RPV 커플링 곱 $\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}$를 제약 조건으로 삼아, $B_s$ 너비 차이 $\Delta\Gamma_s$의 상당한 감소를 예측하고, 이전 제약 조건보다 약 3배 더 날카운 제약 조건을 도출한다.

ABSTRACT

The recent measurements of the $B_s$ mass difference $ΔM_s$ by the CDF and DØ collaborations are roughly consistent with the Standard Model predictions, therefore, these measurements will afford an opportunity to constrain new physics scenarios beyond the Standard Model. We consider the impact of the R-parity violating supersymmetry in the $B^0_s-\bar{B}^0_s$ mixing, and use the latest experimental results of $ΔM_s$ to constrain the size of the R-parity violating tree level couplings in the $B^0_s-\bar{B}^0_s$ mixing. Then, using the constrained R-parity violating parameter space from $ΔM_s$, we show the R-parity violating effects on the $B_s$ width difference $ΔΓ_{s}$.

연구 동기 및 목표

• 최신 실험적 $\Delta M_s$ 측정값을 사용하여 $B^0_s$-$\bar{B}^0_s$ 혼합에서 R-포탄 위반 초대칭 커플링을 제약 조건으로 삼는다.
• 이 제약 조건된 RPV 커플링이 $B_s$ 너비 차이 $\Delta\Gamma_s$에 미치는 영향을 검토한다.
• $\Delta M_s$와 $\Delta\Gamma_s$의 제약 조건을 결합하여 $\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}$의 더 날카운 상한선을 유도한다.
• 미래 LHC 데이터가 RPV 커플링의 允許된 매개변수 공간을 더 줄이거나 제거할 잠재적 가능성을 평가한다.

제안 방법

• CDF 및 DØ에서 측정한 $\Delta M_s = (17.31^{+0.33}_{-0.18} \pm 0.07)/\text{ps}$를 사용하여 RPV 커플링 곱 $\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}$를 제약 조건으로 삼는다.
• 표준모형과 RPV 초대칭에서 효과적 해밀토니안 형식을 적용하여 혼합 진폭 $M_{12}^{s,\text{SM}}$과 RPV 기여 $M_{12}^{s,\text{RPV}}$를 계산한다.
• 표준모형 표현식을 사용하여 $B_s$ 너비 차이 $\Delta\Gamma_s$를 $V_{cb}V_{cs}^*$, $G(x_c)$, $G_2(x_c)$, 및 $1/m_b$ 보정항을 포함하여 유도한다.
• 허용된 매개변수 공간을 시각화하기 위해 $|\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}|$와 $\phi_{\not R_p}$에 대한 $\Delta\Gamma_s$의 3차원 산점도 분석을 수행한다.
• $\Delta M_s$ 제약 조건과 실험적 $\Delta\Gamma_s = (0.22 \pm 0.09)/\text{ps}$를 결합하여 $\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}$의 허용 영역을 추가로 제한한다.
• $\tilde{\nu}_i$ 스레프톤 질량 의존성을 사용하여 제약 조건을 $m_{\tilde{\nu}_i}$ 기반으로 표현하며, 이는 $1/m_{\tilde{\nu}_i}^2$ 비례로 스케일링된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최신 $\Delta M_s$ 측정값을 바탕으로 $\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}$의 허용 매개변수 공간은 무엇인가?
• RQ2 RPV 초대칭 기여가 표준모형 예측에 비해 $B_s$ 너비 차이 $\Delta\Gamma_s$에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 $\Delta M_s$와 $\Delta\Gamma_s$의 결합 제약 조건이 $\Delta M_s$ 단독 제약보다 $\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}$에 대해 더 날카운 상한선을 도출할 수 있는가?
• RQ4 미래 LHC 데이터는 RPV 커플링 공간을 더 줄이거나 제거할 잠재적 감도는 어떠한가?

주요 결과

• $\Delta M_s$ 단독으로부터 $|\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}|$의 상한선이 $4.4 \times 10^{-7} \times (100~\text{GeV}/m_{\tilde{\nu}_i})^2$로 향상되었으며, 이는 이전 제약보다 상당히 강화된 것이다.
• RPV 기여로 인해 $\Delta\Gamma_s$는 표준모형 예측값인 $0.07 \pm 0.03$ ps 이하로 감소할 수 있으며, 위상 $\phi_{\not R_p}$에 따라 $\Delta\Gamma_s$는 0.00에서 0.10 ps 사이로 변동한다.
• $\phi_{\not R_p}$가 $[2\pi/3, 8\pi/9]$ 범위에 있을 경우 $\Delta\Gamma_s$가 0이 되도록 유도되며, 이는 강한 간섭 효과를 나타낸다.
• $\Delta M_s$와 $\Delta\Gamma_s$의 결합 제약 조건으로 인해 $4.4 \times 10^{-7} < |\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}| < 5.5 \times 10^{-7}$ 영역이 배제되며, 이는 $\Delta M_s$ 단독 제약보다 더 강력한 제약 조건을 제공한다.
• 최종적으로 $|\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}|$의 허용 범위는 $[5.5, 13.1] \times 10^{-7} \times (100~\text{GeV}/m_{\tilde{\nu}_i})^2$로, 이전 연구보다 더 날카운 제약 조건을 반영한다.
• 미래 LHC 데이터에서 연간 $10^{12}$개의 $b\bar{b}$ 이벤트를 기대할 경우, $\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}$의 나머지 허용 매개변수 공간을 상당히 줄이거나 제거할 수 있을 것으로 예상된다.