[논문 리뷰] T violation in $\\Lambda_b\ o\\Lambda\\ell^+\\ell^-$ decays

Chuan-Hung Chen, Chao-Qiang Geng외 1명|arXiv (Cornell University)|2002. 10. 04.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 13인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 끝내기 상태 렙톤과 람다 바리온의 횡방향 스핀을 이용하여 바리온성 Λb → Λℓ+ℓ− 붕괴에서 시간역전 대칭(T) 위반을 조사한다. 렙톤의 T-홀드 스핀은 렙톤 질량으로 인해 강하게 억제되는 반면, 초대칭 모형(SUSY)에서 뒤이어지는 표준모형을 넘어서는 람다 바리온의 횡방향 스핀은 최대 50%에 이를 수 있으며, 이는 새로운 물리학과 시간역전 위반의 깔끔하고 측정 가능한 신호를 제공한다.

ABSTRACT

We examine the T-odd transverse lepton and $\\Lambda$ polarizations in the baryonic decays of $\\Lambda_b\ o\\Lambda l^+l^- (l=e ,\\mu)$ to study the T violating effects. We show that the lepton polarizations are suppressed but the $\\Lambda$ ones can be as large as 50% in CP violating theories beyond the standard model such as the SUSY models, which can be tested in various future hadron colliders.

연구 동기 및 목표

• 배타적 바리온성 B 붕괴, 특히 Λb → Λℓ+ℓ−에서 T-홀드 관측량을 식별하고 정량화하여 시간역전 위반의 직접적 탐지 수 Mittel로 삼는다.
• 레프톤 스핀의 T-홀드 횡방향 스핀과 특히 렙톤 스핀을 포함한 다른 T-홀드 관측량을 구분한다.
• 특히 R-대칭이 있는지 없는지에 따라 초대칭 모형에서의 새로운 물리 기여에 대한 람다의 횡방향 스핀 감도를 탐색한다.
• 미래의 하드론 충돌기, 예를 들어 LHCb, ATLAS, CMS에서 큰 T-위반 신호를 측정할 수 있는지 평가한다.
• 장거리 및 전자기 final-state 효과로부터 람다 바리온의 횡방향 스핀을 분리함으로써 모형 독립적인 새로운 CP 및 T 위반의 깔끔한 서명을 제공한다.

제안 방법

• b → sℓ+ℓ− 붕괴의 효과적 해밀토니안 기반의 형식화로, Wilson 계수 CL_i와 CR_i를 통한 좌우수성의 결합을 포함한다.
• 중간자 퀀트 이론(HQET)을 사용하여 Λb → Λ 전이에서 형상인자 f_i^T와 g_i^T를 매개변수화함으로써 행렬 원소를 단순화한다.
• 특히 람다 바리온에 대해 P^T_i ∝ Im(CR_9 CL*_{10} - CL_9 CR*_{10})로 주어지는 스핀-운동량 삼중상관을 이용한 T-홀드 횡방향 스핀 벡터 정의.
• 편광된 최종 상태 입자를 포함한 붕괴율의 미분형을 유도하며, 스핀 벡터 ⃗P_i = P^L_i ˆe^L_i + P^N_i ˆe^N_i + P^T_i ˆe^T_i 를 사용한다.
• 횡방향 스핀 이방이도 P^T_l와 P^T_Λ의 명시적 계산을 통해 P^T_l는 m_l/M_Λb 비례로 억제되는 반면, P^T_Λ는 오른쪽 수성 결합에 민감하다는 것을 보여준다.
• 표준모형과 초대칭 모형(SUSY, R-대칭 유무 포함)에서 브랜치 비율과 P^T_Λ의 수치적 평가를 수행하며, Ψ 및 Ψ′ 상태의 공진 기여를 포함한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Λb → Λℓ+ℓ− 붕괴에서 람다 바리온의 횡방향 스핀은 표준모형을 넘어서는 시간역전 위반의 깔끔하고 모형 독립적인 탐지 수 Mittel이 될 수 있는가?
• RQ2 왜 렙톤보다 람다 바리온의 횡방향 스핀이 T 위반에 더 민감한가, 비록 렙톤의 스핀이 더 일반적으로 연구되고 있음에도 불구하고?
• RQ3 P^T_Λ가 크게 되는 조건는 무엇이며, P^T_l와의 차이는 무엇인가?
• RQ4 장거리 QCD 및 전자기 final-state 상호작용이 P^T_Λ에서 새로운 물리 신호를 모방하거나 가리킬 수 있는 정도는 어느 정도인가?
• RQ5 미래의 하드론 충돌기에서 P^T_Λ > 10%의 3σ 유의수준을 관측하기 위해 필요한 실험적 루미너시와 감도는 얼마인가?

주요 결과

• 람다 바리온의 횡방향 스핀 P^T_Λ는 (CR_9 CL*_{10} - CL_9 CR*_{10})의 허수부에 비례하므로 오른쪽 수성 결합과 새로운 물리의 위상에 민감하다.
• 반대로, 렙톤의 횡방향 스핀 P^T_l는 렙톤 질량으로 인해 억제되며, m_l / M_Λb 비례로 작아져 표준모형에서 여전히 작다.
• R-대칭이 없는 초대칭 모형에서는 Λb → Λμ+μ−에서 P^T_Λ가 최대 50%에 이를 수 있으며, 이는 T 위반의 강력하고 측정 가능한 신호임을 나타낸다.
• R-대칭이 있는 모형에서도 동일한 운동량 영역에서 P^T_Λ는 여전히 크며(50% 이상), 다양한 SUSY 시나리오에서의 강건성을 확인한다.
• Λb → Λμ+μ−의 미분 브랜치 비율은 표준모형, R-대칭 유무가 있는 초대칭 모형에서 각각 (2.10, 1.66, 4.41) × 10^{-6}이며, 표준모형 예측과의 차이가 미미하다.
• P^T_Λ ∼ 10%의 3σ 유의수준을 관측하기 위해서는 최소 4.5 × 10^7개의 Λb 붕괴가 필요하며, 이는 LHCb, ATLAS, CMS 및 향후 슈퍼 B-팩토리에서 실현 가능한 목표이다.