[논문 리뷰] Probing the R-parity violating supersymmetric effects in $B_c o J/ψ\ell^-\barν_{\ell},η_c\ell^-\barν_{\ell}$ and $Λ_b oΛ_c\ell^-\barν_{\ell}$ decays

Bin Wei, Jie Zhu외 3명|arXiv (Cornell University)|2018. 01. 03.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 28인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 $B_c \to J/\psi\ell^-\bar{\nu}_\ell$, $B_c \to \eta_c\ell^-\bar{\nu}_\ell$, 및 $\Lambda_b \to \Lambda_c\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 붕괴에서 제약 조건이 붙은 RPV 쌍체 $\lambda_{i33}\tilde{\lambda}^{\prime*}_{i23}$ 를 사용하여 R-포탄 위반 초대칭(RPV) 효과를 조사한다. 이는 $R_D$ 및 $R_{D^*}$ 비정상 현상에서 유래한 것이다. 연구 결과, $R_{J/\psi}$, $R_{\eta_c}$, 및 $R_{\Lambda_c}$ 가 표준모형(SM)의 한계를 초과하여 각각 최대 10%, 112%, 및 24% 증가하는 것으로 나타났으며, 이는 LHCb 및 Belle-II에서 RPV 초대칭을 탐지할 수 있는 수단를 제공한다.

ABSTRACT

Motivated by recent $R_D$, $R_{D^*}$ and $R_{J/ψ}$ anomalies in $B o D\ell^- \barν_{\ell}$, $B o D^*\ell^- \barν_{\ell}$ and $B_c o J/ψ\ell^- \barν_{\ell}$ decays, respectively, we study possible R-parity violating supersymmetric effects in $B_c o J/ψ\ell^- \barν_{\ell},η_c\ell^- \barν_{\ell}$ and $Λ_b o Λ_c \ell^- \barν_{\ell}$ decays, which are also induced by $b o c \ell^- \barν_{\ell}$ at quark level. We find that (I) the constrained slepton exchange couplings $λ_{i33} ildeλ'^*_{i23}$ involving in $b o c τ^- \barν_τ$ transition from relevant latest experimental data still have quite large effects on all (differential) branching ratios and the normalized forward-backward asymmetries of the exclusive semileptonic $b o c τ^- \barν_τ$ decays as well as the ratios of the (differential) branching ratios; (II) after satisfying the data of $R_D$ and $R_{D^*}$, the upper limit of $R_{J/ψ}$, $R_{η_c}$ and $R_{Λ_c}$ could be increased by 10%, 112% and 24%, respectively, from their upper limits of the Standard Model predictions by the $λ_{i33} ildeλ'^*_{i23}$ couplings. The results in this work could be used to probe R-parity violating effects and will correlate with searches for direct supersymmetric signals at the running LHCb and the forthcoming Belle-II.

연구 동기 및 목표

• 표준모형과 R-포탄 위반(RPV) 초대칭 효과가 $B_c \to J/\psi\ell^-\bar{\nu}_\ell$, $B_c \to \eta_c\ell^-\bar{\nu}_\ell$, 및 $\Lambda_b \to \Lambda_c\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 붕괴에 미치는 영향을 조사한다.
• 최신 실험 데이터인 $R_D$ 및 $R_{D^*}$ 를 기반으로 RPV 쌍체 $\lambda_{i33}\tilde{\lambda}^{\prime*}_{i23}$ 를 제약 조건을 걸어 설정한다.
• 이러한 RPV 기여가 연구된 붕괴에서 분해비율, 미분 분해비율, 및 정규화된 전후 방향 비대칭에 미치는 영향을 평가한다.
• 미래의 LHCb 및 Belle-II 실험에서 RPV 효과를 관측할 가능성에 대해 평가한다.

제안 방법

• 표준모형과 R-포탄 위반(RPV) 기여를 모두 포함하기 위해 효과적 해밀토니안 형식을 사용하여 $b \to c\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 전이를 기술한다.
• R_D 및 R_{D^*} 비정상 현상에서 유도된 제약 조건이 붙은 RPV 쌍체 매개변수 $\lambda_{i33}\tilde{\lambda}^{\prime*}_{i23}$ 를 적용하여 관측 가능량을 계산한다.
• 헬리시티 앙피튜드와 형상 인자들을 사용하여 $B_c \to J/\psi\ell^-\bar{\nu}_\ell$, $B_c \to \eta_c\ell^-\bar{\nu}_\ell$, 및 $\Lambda_b \to \Lambda_c\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 붕괴의 미분 분해비율과 정규화된 전후 방향 비대칭을 계산한다.
• 형상 인자들을 Ref. [42] 에서 유래한 $\Lambda_b \to \Lambda_c$ 전이에 적용하고, 벡터 및 아크시얼-벡터 전류 기여를 모두 포함한다.
• 헬리시티 앙피튜드와 운동량 변수를 기반으로 이중 미분 분해비율 및 전후 방향 비대칭의 표현식을 유도한다.
• 표준모형(SM) 예측과 RPV 기여를 비교하여 $R_{J/\psi}$, $R_{\eta_c}$, 및 $R_{\Lambda_c}$ 의 편차를 추출한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 R-포탄 위반 초대칭은 $R_D$ 및 $R_{D^*}$ 비정상 현상을 설명할 수 있을 뿐만 아니라 동시에 $B_c \to J/\psi\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 붕괴에 영향을 미칠 수 있는가?
• RQ2 제약 조건이 붙은 $\lambda_{i33}\tilde{\lambda}^{\prime*}_{i23}$ 쌍체가 $B_c \to \eta_c\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 및 $\Lambda_b \to \Lambda_c\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 붕괴의 분해비율과 비대칭에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 RPV 기여는 표준모형의 상한을 초월하여 $R_{J/\psi}$, $R_{\eta_c}$, 및 $R_{\Lambda_c}$ 를 어느 정도까지 증가시킬 수 있는가?
• RQ4 이러한 독립적인 반입자 붕괴에서 RPV 기여가 충전된 렙톤의 정규화된 전후 방향 비대칭에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 이 붕괴들은 LHCb 및 Belle-II에서 R-포탄 위반 초대칭을 탐지하는 데 유용한 수단가 될 수 있는가?

주요 결과

• 제약 조건이 붙은 RPV 쌍체 $\lambda_{i33}\tilde{\lambda}^{\prime*}_{i23}$ 는 $b \to c\tau^-\bar{\nu}_\tau$ 붕괴에서 (미분) 분해비율과 정규화된 전후 방향 비대칭에 상당한 영향을 미친다.
• R_D 및 R_{D^*} 데이터를 충족시킨 후, R_{J/\psi} 의 상한은 표준모형(SM) 예측을 10% 초과하여 증가한다.
• $\lambda_{i33}\tilde{\lambda}^{\prime*}_{i23}$ 쌍체 기여로 인해 R_{\eta_c} 의 상한은 112% 증가하여 강력한 RPV 효과를 나타낸다.
• R_{\Lambda_c} 의 상한은 표준모형 상한을 24% 초과하여 증가하여 $\Lambda_b \to \Lambda_c\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 붕괴에서 관측 가능한 RPV 서명이 존재할 가능성을 시사한다.
• 이 연구는 LHCb 및 Belle-II의 직접 탐색과 연계하여 $B_c$ 및 $\Lambda_b$ 붕괴를 통해 R-포탄 위반 초대칭을 탐지할 수 있는 타당한 프레임워크를 제공한다.
• 결과는 $B_c \to \eta_c\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 가 RPV 효과에 특히 민감하여 새로운 물리 현상 탐지에 유망한 채널임을 보여준다.