[论文解读] Analysis of $\Lambda_{b} ightarrow$ $\Lambda \mu^{+} \mu^{-}$ decay in scalar leptoquark model

Shuai-wei Wang, Ya-Dong Yang|arXiv (Cornell University)|Aug 12, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本研究在标量轻子偶素模型 X(3,2,7/6) 和 X(3,2,1/6) 框架下，研究了重子衰变 Λb → Λμ⁺μ⁻，分析其对微分衰变宽度、极化不对称性及前后不对称性的影响。研究发现，X(3,2,7/6) 轻子偶素模型显著影响某些双轻子极化不对称性，为 LHCb 数据中标准模型无法解释的异常现象提供了潜在解释。

ABSTRACT

We analyze the baryonic semilepton decay $\Lambda_{b} ightarrow$ $\Lambda \mu^{+} \mu^{-}$ in the scalar leptoquark models with $X(3,2,7/6)$ and $X(3,2,1/6)$ states, respectively. We also discuss the effects of this two NP models on some physical observables. For some measured observables, like the differential decay width, the longitudinal polarization of the dilepton system, the lepton-side forward-backward asymmetry and the baryon-side forward-backward asymmetry, we find, the prediction values of SM are consistent with the current data in the most $q^{2}$ ranges, where the prediction values of this two NP models can also keep consistent with the current data with $1\sigma$. However, in some $q^{2}$ ranges, the prediction values of SM are difficult to meet the current data, but the contributions of this two NP models can meet them or keep closer to them. For the double lepton polarization asymmetries, $P_{LT}$, $P_{TL}$, $P_{NN}$ and $P_{TT}$ are sensitive to the scalar leptoquark model $X(3,2,7/6)$ but not to $X(3,2,1/6)$. However, $P_{LN}$, $P_{NL}$, $P_{TN}$ and $P_{NT}$ are not sensitive to this two NP models.

研究动机与目标

• 研究标量轻子偶素模型 X(3,2,7/6) 和 X(3,2,1/6) 对重子衰变 Λb → Λμ⁺μ⁻ 的影响。
• 评估这些轻子偶素模型是否能解释标准模型预测与当前 LHCb 数据在微分衰变宽度和前后不对称性等可观测量之间的差异。
• 研究双轻子极化不对称性对两种轻子偶素模型的敏感性，尤其在标准模型无法匹配实验数据的区域。
• 利用来自 Bs → μ⁺μ⁻ 和 Bd → Xsμ⁺μ⁻ 衰变的现有约束，对轻子偶素耦合进行限制。
• 对每种轻子偶素模型相对于标准模型如何改变 Λb → Λμ⁺μ⁻ 中的关键可观测量进行比较分析。

提出的方法

• 利用威尔逊系数 Ceff_7(q²) 和 Ceff_9(q²) 构建标准模型中 Λb → Λμ⁺μ⁻ 衰变的有效哈密顿量，结合 QCD 修正和非因子化强子效应，并在低 q² 区域增加 5% 的不确定性。
• 引入两种标量轻子偶素模型：X(3,2,7/6) 和 X(3,2,1/6)，通过 SU(3)×SU(2)×U(1) 规范不变性及 Fierz 变换推导出新的威尔逊系数 CNP_9 和 CNP_10。
• 应用 QCD 轻锥求和规则（LCSR）计算 Λb → Λ 衰变的过渡形式因子，这对衰变率和不对称性的计算至关重要。
• 利用来自 Bs → μ⁺μ⁻ 和 Bd → Xsμ⁺μ⁻ 衰变的轻子偶素耦合参数空间约束，对两种模型的 |λλ*/M²| 设定上限为 5×10⁻⁹ GeV⁻²。
• 数值计算可观测量（微分衰变宽度、轻子对纵向极化 FL、轻子侧和重子侧前后不对称性 AFB^μ 和 AFB^Λ，以及双轻子极化不对称性 PLT、PT L、PNN、PT T、PLN、PNL、PT N、PNT）随 q² 的变化关系。
• 将标准模型和两种新物理模型的预测与 LHCb 数据进行比较，重点关注 1σ 兼容性及在张力区域的敏感性。

实验结果

研究问题

• RQ1 标量轻子偶素模型 X(3,2,7/6) 和 X(3,2,1/6) 是否能解释标准模型预测与 LHCb 数据在 Λb → Λμ⁺μ⁻ 衰变可观测量之间的差异？
• RQ2 两种轻子偶素模型如何影响双轻子极化不对称性，特别是在标准模型无法匹配实验测量的区域？
• RQ3 在哪些 q² 范围内，X(3,2,7/6) 和 X(3,2,1/6) 模型的预测与标准模型存在显著偏离，并且与当前数据更加一致？
• RQ4 哪些极化不对称性对 X(3,2,7/6) 轻子偶素模型最敏感，而哪些则基本不受任一新物理模型影响？
• RQ5 在与 Λb → Λμ⁺μ⁻ 测量结果一致的前提下，现有稀有 B 介子衰变数据能在多大程度上约束轻子偶素耦合？

主要发现

• 在大多数 q² 范围内，标准模型预测的微分衰变宽度、轻子对纵向极化 FL、轻子侧前后不对称性 AFB^μ 和重子侧前后不对称性 AFB^Λ 均与当前 LHCb 数据一致。
• 在 q² 范围 0.1 < q² < 1 GeV²/c² 内，标准模型对 AFB^μ 的预测在 1σ 范围内无法匹配当前数据，但 X(3,2,7/6) 轻子偶素模型使预测与数据达成一致。
• 双轻子极化不对称性 PLT、PT L、PNN 和 PT T 对 X(3,2,7/6) 轻子偶素模型表现出强烈敏感性，表明其在该衰变道中作为新物理探测器的潜力。
• 相比之下，PLN、PNL、PT N 和 PNT 在标准模型中几乎为零，且对两种轻子偶素模型的依赖性微弱，表明它们无法用于区分新物理场景。
• X(3,2,1/6) 轻子偶素模型对所有双轻子极化不对称性的影响可忽略不计，使其在解释极化可观测量异常方面效果较差。
• 综合分析表明，X(3,2,7/6) 模型为前后不对称性和极化可观测量的偏离提供了可行解释，尤其在标准模型与数据存在张力的低 q² 区域。