[논문 리뷰] CP asymmetries in dileptonic decays of B-meson in MSSM

S. Rai Choudhury, Naveen Gaur|ArXiv.org|2002. 07. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 최소 초대칭 표준모형(MSSM) 내에서 이론적 중간자 붕괴 $ B \to X_d \tau^+ \tau^- $ 와 배타적 복사 붕괴 $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ 에서의 CP 비대칭성을 비교 연구한다. 스칼라 상호작용이 두 채널에서 서로 다른 방식으로 CP 비대칭성을 변화시킴으로써, 표준모형을 초월한 새로운 물리학을 감지하는 민감한 수단이 될 수 있음을 밝힌다.

ABSTRACT

Scalar interactions (in effective Hamiltonian) can give significant variation of various experimental observables, as comparted to their respective Standard Model values, in dileptonic decays of B-meson. Also the quark level transition $b o d \ell^- \ell^+$ can be useful to test CP violation. Here we will do comparative study of CP violation in two independent processes, which have the same quark level transition ($b o d \ell^- \ell^+$), $B o X_d \ell^- \ell^+$ (the inclusive decay mode) and the exclusive channel $B_d o \ell^- \ell^+ γ$ (radiative dileptonic decay mode). We will mainly focus on the comparative study of scalar interactions on the CP asymmetries in these two different channels.

연구 동기 및 목표

• MSSM 내에서 스칼라 상호작용이 이론적 중간자 B-메손 붕괴에서의 CP 비대칭성에 끼치는 영향을 조사하기 위해.
• 동일한 쿼크 수준 전이 $ b \to d \tau^+ \tau^- $ 를 포함하는 포함형 붕괴 $ B \to X_d \tau^+ \tau^- $ 와 배타적 복사 붕괴 $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ 의 CP 비대칭성을 비교하기 위해.
• 특히 MSSM 내 중성 힉스 보손에 의해 매개되는 스칼라 연산자들을 통해 새로운 물리학에 대한 민감도를 평가하기 위해.
• 실험적으로 측정 가능한 비대칭성을 이용해 스칼라 기여와 표준모형 기여를 정량적으로 구별하는 프레임워크를 제공하기 위해.

제안 방법

• MSSM 내에서 $ b \to d \tau^+ \tau^- $ 전이에 대한 효과적 해밀토니안을 유도하며, 스칼라 및 편미분 스칼라 연산자에 대해 $ m_\tau m_b \tan^3\beta $ 비례하는 윌슨 계수를 포함한다.
• CKM 행렬의 유니타리성을 이용해 $ b \to d $ 전이에서 탑, 채리온, 업 쿼크 기여 간 간섭항을 단순화한다.
• 배타적 붕괴 $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ 의 강입자 행렬원소를 모델링하기 위해 $ G_1, G_2, F_1, F_2 $ 형상 인자를 사용하며, 상대론적 매개변수화를 적용한다.
• 최종 상태의 위상공간 적분을 포함한 전체 진폭 간섭을 통해 CP 비대칭성을 계산하며, 벡터 및 스칼라 전류 기여를 모두 고려한다.
• MSSM 매개변수 $ m = 200~\text{GeV}, M = 500~\text{GeV}, \tan\beta = 45 $ 와 표준모형 입력값 $ \lambda = 0.22, \rho = -0.07, \eta = 0.34 $ 을 사용해 수치 분석을 수행한다.
• 동일한 $ b \to d \tau^+ \tau^- $ 쿼크 수준 전이 조건 하에서 스칼라 상호작용 강도를 변화시키며 두 붕괴 모드의 CP 비대칭성 패턴을 비교하여 그들의 고유한 서명을 분리한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MSSM 내 스칼라 상호작용은 포함형 이론적 중간자 붕괴 $ B \to X_d \tau^+ \tau^- $ 에서의 CP 비대칭성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 스칼라 상호작용은 배타적 복사 이론적 중간자 붕괴 $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ 에서의 CP 비대칭성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 동일한 $ b \to d \tau^+ \tau^- $ 쿼크 수준 전이 조건 하에서 포함형과 배타적 붕괴 모드 간의 CP 비대칭성 행동은 어떻게 비교되는가?
• RQ4 CP 비대칭성은 이론적 중간자 B 붕괴에서 MSSM 내 스칼라 기여와 표준모형 기여를 구별하는 데 사용될 수 있는가?
• RQ5 $ \tan\beta $ 는 이러한 붕괴에서 스칼라 상호작용에 대한 CP 비대칭성 민감도를 어떻게 증대시키는가?

주요 결과

• MSSM 내 스칼라 상호작용은 $ B \to X_d \tau^+ \tau^- $ 와 $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ 둘 다에서 CP 비대칭성을 상당히 변화시키며, 각 붕괴 모드에서 고유한 패턴을 보인다.
• 포함형 붕괴 $ B \to X_d \tau^+ \tau^- $ 에서는 스칼라 기여가 증가할수록 CP 비대칭성이 증가하지만, 배타적 붕괴 $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ 는 반대로 감소한다.
• 특정 MSSM 매개변수 영역, 특히 큰 $ \tan\beta $ 에서는 $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ 붕괴의 분포율이 최대 두 배수 정도로 증가하여 LHC-b에서 관측 가능해질 수 있다.
• 반응형-후방 비대칭성과 분포율은 스칼라 효과로 증가하지만, CP 비대칭성은 일관된 추세를 따르지 않아, 새로운 물리학에 대한 고유한 민감도를 나타낸다.
• 이 두 붕괴 모드에서의 CP 비대칭성 측정은 스칼라 상호작용과 표준모형을 초월한 새로운 물리학을 탐지하는 데 강력하고 비직관적인 수단을 제공한다.
• 수치적 결과는 $ \tan\beta = 45 $ 일 때 스칼라 매개 기여가 특히 $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ 붕괴에서 표준모형 진폭을 초월하여 지배적이며, MSSM 예측을 검증하기 위한 주요 후보로 부상한다.