[논문 리뷰] The $\Lambda_b o \Lambda\ ( o p \pi^-)\mu^+\mu^-$ decay in the $ ext{RS}_{c}$ model

Aqsa Nasrullah, Faisal Munir Bhutta외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 05. 03.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 97인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 LHC 데이터, 전자약력 정밀도 시험, 힉스 신호 강도에서의 엄격한 제약 조건을 바탕으로 쿠스티odial 보호를 가진 랜덤드-선드럼 모형(RSc) 내에서 희귀한 바리온 붕괴 Λb → Λ(→pπ⁻)μ⁺μ⁻을 조사한다. 칼루자-클라인 글루온 교환으로 인한 윌슨 계수의 미세한 변화에도 불구하고, 표준모형 예측과 LHCb 측정치 사이의 큰 괴리, 특히 각도 관측량과 분해율에서의 괴리는 RSc 모형으로서는 설명할 수 없다.

ABSTRACT

We study the four body decay $\Lambda_b ightarrow \Lambda ( ightarrow p \pi^-) \mu^{+} \mu^{-}$ in the Randall-Sundrum model with custodial protection $( ext{RS}_c)$. By considering the constraints coming from the direct searches of the lightest Kaluza-Klein (KK) excitation of the gluon, electroweak precision tests, the measurements of the Higgs signal strengths at the LHC and from $\Delta F=2$ flavor observables, we perform a scan of the parameter space of the $ ext{RS}_c$ model and obtain the maximum allowed deviations of the Wilson coefficients $\Delta C^{(\prime)}_{7,\; 9,\; 10}$ for different values of the lightest KK gluon mass $M_{g^{(1)}}$. Later, their implications on the observables such as differential branching fraction, longitudinal polarization of the daughter baryon $\Lambda$, forward-backward asymmetry with respect to leptonic, hadronic and combined lepton-hadron angles are discussed where we present the analysis of these observables in different bins of di-muon invariant mass squared $s\;(= q^2)$. It is observed that with the current constraints the Wilson coefficients in $ ext{RS}_c$ model show slight deviations from their Standard Model values and hence can not accommodate the discrepancies between the Standard Model calculations of various observables and the LHCb measurements in $\Lambda_b$ decays.

연구 동기 및 목표

• RSc 모형이 표준모형 예측에서 관측된 Λb → Λ(→pπ⁻)μ⁺μ⁻ 붕괴의 편차를 설명할 수 있는지 평가하는 것.
• LHC 데이터, 전자약력 정밀도 시험, 힉스 신호 강도를 이용하여 RSc 모형의 매개변수 공간을 제약하는 것.
• RSc 프레임워크 내에서 윌슨 계수와 각도 관측량(미분 분해율, 투자도, 비대칭성)을 계산하는 것.
• 모형이 LHCb 측정치에서 관측된 RK, RK*, 및 각도 분포의 큰 긴장 관계를 설명할 수 있는지 평가하는 것.

제안 방법

• 가장 가벼운 KK 글루온(Mg(1))의 직접 탐색, 전자약력 정밀도 시험, LHC 힉스 신호 강도에서의 제약 조건 하에 RSc 모형의 매개변수 공간을 전반적으로 스캔하는 것.
• 실수 행렬 대신 복소수 5차원 요쿠다 촉매 행렬을 사용하여, 복소수 윌슨 계수를 도출하는 것.
• Λb → Λ 전이 행렬 원소에 대해 헬리시티 형식을 적용하고 최신 라티스 QCD 형상 인자들을 통합하는 것.
• 다양한 q² 구간에서의 미분 분해율, 종방향 투자도(FL), 및 정방향-뒤이든 비대칭성(AℓFB, AΛFB, AℓΛFB)을 계산하는 것.
• 이중-뮤온 진동 질량 제곱(s)의 5개 구간에서 SM과 RSc 모형의 관측량을 비교하는 것.
• LHCb(2018)의 실험 데이터를 비교 자료로 사용하며, 분해율과 각도 관측량의 불확도를 포함하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RSc 모형이 표준모형 예측에서 관측된 Λb → Λ(→pπ⁻)μ⁺μ⁻ 붕괴의 편차를 설명할 수 있는가?
• RQ2 현재 실험 제약 조건 하에서 RSc 모형에서 윌슨 계수 C7, C9, C10의 편차는 어느 정도인가?
• RQ3 RSc 모형에서 다양한 s 구간에서의 각도 관측량(FL, AℓFB, AΛFB, AℓΛFB)이 표준모형 값에서 유의미하게 벗어나는가?
• RQ4 RSc 모형이 LHCb에서 관측된 RK, RK*, 및 각도 분포의 큰 긴장 관계를 설명할 수 있는가?
• RQ5 복소수 요쿠다 촉매와 업데이트된 라티스 QCD 형상 인자를 사용할 경우 모형의 현상학적 특성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• Mg(1) = 4.8 TeV일 경우, RSc 모형은 [1.1, 6] GeV² 구간에서 0.190⁺⁰.¹²⁰₋₀.¹¹⁹의 미분 분해율을 예측하며, LHCb 측정치 0.09⁺⁰.⁰⁶¹₋₀.⁰⁵¹보다 1.9σ 낮다.
• 저반동 구간 [15, 20] GeV²에서 RSc 모형은 분해율 0.807⁺⁰.⁰⁶⁹₋₀.⁰⁶⁹를 예측하며, LHCb 측정치 0.61⁺⁰.¹¹⁴₋₀.¹⁴³보다 4.1σ 높다.
• [0.1, 2] GeV² 구간에서 종방향 투자도 FL은 RSc에서 0.552⁺⁰.⁰⁶⁹₋₀.⁰⁸⁴로 예측되며, LHCb 값 0.56⁺⁰.²⁴⁴₋₀.⁵⁶⁶와 0.02σ 이내이다.
• [15, 20] GeV² 구간에서 AℓFB에 대해 RSc 모형은 -0.332⁺⁰.⁰⁰⁸₋₀.⁰⁰⁹를 제공하며, LHCb 측정치 -0.05⁺⁰.⁰⁹⁵₋₀.⁰⁹⁵와 3.0σ의 괴리가 있다.
• [15, 20] GeV² 구간에서 AΛFB는 RSc에서 -0.247⁺⁰.⁰¹¹₋₀.⁰¹¹로 예측되며, LHCb 값 -0.29⁺⁰.⁰⁷⁶₋₀.⁰⁸¹과 0.5σ의 괴리가 있다.
• RSc 모형의 모든 각도 관측량은 표준모형 예측에 매우 가까이 있으며, 관측된 LHCb 데이터의 긴장 관계를 설명하기에는 너무 작은 편차를 보인다.