[论文解读] Semileptonic B Decays as a Probe of New Physics

Walter D. Goldberger|ArXiv.org|Feb 11, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 9

一句话总结

本文提出了一种模型无关的有效场论框架，利用维度六的四费米子算符研究半轻子B衰变中可能暗示标准模型之外新物理的偏差。该研究计算了包括衰变率（B→Xℓν）和排斥衰变率（B→D(*)ℓν）在内的修正，将其表示为表征新物理相互作用的可观测量参数，并表明在B工厂数据可用之前，现有数据已可对其中一些参数施加约束。

ABSTRACT

Physics beyond the Standard Model could be measured indirectly, through its effects on Standard Model observables. One place to look for such effects is in the semileptonic decays of B mesons. In order to constrain the possible role of new physics on semileptonic B decays, we present the most general low energy effective Lagrangian constructed from all dimension six four-fermion operators that contribute to the process b-> c l- nu. We then use it to compute the corrections due to new physics to the differential decay rates for the exclusive processes B-> D(*) l- nu, as well as the inclusive decays B-> X l- nu. Both inclusive and exclusive rates are expressed in terms of a set of parameters that characterize the types of four-fermion interactions that can be induced by physics beyond the Standard Model. Although it is not particularly useful to carry out a full analysis until data from the next generation of B factories becomes available, here we illustrate how the existing experimental results can be used to constrain some of these parameters.

研究动机与目标

• 通过维度六的四费米子算符识别并分类半轻子B衰变中所有可能的新物理贡献。
• 构建一个通用的低能有效拉格朗日量，以捕捉b→cℓν跃迁中所有可能的新物理效应。
• 计算由于新物理相互作用导致的包括衰变率（B→Xℓν）和排斥衰变率（B→D(*)ℓν）在内的修正。
• 将这些修正以一组最小参数表示，这些参数表征新四费米子相互作用的类型。
• 展示如何利用现有半轻子B衰变的实验数据对这些新物理参数施加约束。

提出的方法

• 构建一个包含所有贡献于b→cℓν跃迁的维度六四费米子算符的通用有效拉格朗日量。
• 利用算符乘积展开和重夸克有效理论（HQET）将有效拉格朗日量与物理衰变率联系起来。
• 以维度六算符的威尔逊系数表示包括衰变率和排斥衰变率在内的微分衰变率。
• 通过一组描述四费米子相互作用强度和结构的实参数来参数化新物理效应。
• 应用现有实验数据对分支比和运动学分布的约束，以限制这些参数的允许范围。

实验结果

研究问题

• RQ1 哪些维度六的四费米子算符可以贡献于半轻子B衰变（b→cℓν）？
• RQ2 新物理贡献如何改变B→D(*)ℓν和B→Xℓν的微分衰变率？
• RQ3 哪些可观测量参数表征了这些衰变中新物理相互作用的类型？
• RQ4 现有实验数据在多大程度上可以约束新物理算符的威尔逊系数？
• RQ5 在新物理存在的前提下，包括衰变率和排斥衰变率的修正之间有何关系？

主要发现

• 本文识别出所有可能贡献于b→cℓν跃迁的维度六四费米子算符，构成了新物理效应的完整基。
• 推导出包括衰变率和排斥衰变率在内的半轻子B衰变微分衰变率的表达式，其以一组实参数表示，这些参数表征新物理相互作用。
• 衰变率的修正取决于新四费米子相互作用的结构和强度，这些参数独立于任何特定模型进行参数化。
• 即使在完整B工厂数据集可用之前，现有半轻子B衰变的实验数据已可对部分新物理参数施加非平凡的约束。
• 该框架提供了一种模型无关的方法，可将未来半轻子B衰变可观测量中的偏差解释为新物理的信号。