[논문 리뷰] The $Λ_b o Λ( o pπ^-)μ^+μ^-$ decay in the aligned two-Higgs-doublet model

Quan-Yi Hu, Xin-Qiang Li외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 01. 15.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 82인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 정밀한 격자 QCD 형요소를 사용하여 정렬된 두 히iggs 듀블렛 모형(A2HDM)에서 희귀한 바리온 붕괴 $Λ_b \to \Lambda(\to p\pi^-)\mu^+\mu^-$를 조사한다. 연구 결과, 쿠르티온 스칼라에서 유래한 오른쪽 편극 반레프톤 연장자들이 표준모형과 LHCb 데이터를 $[15,20]\,\text{GeV}^2$ 구간에서 일치시키는 데 기여하며, 특히 미분 분열율과 레프톤 측면 전후 비대칭도를 증가시킨다.

ABSTRACT

The rare baryonic decay $Λ_b o Λ( o pπ^-)μ^+μ^-$ provides valuable complementary information compared to the corresponding mesonic $b o sμ^+μ^-$ transition. In this paper, using the latest high-precision lattice QCD calculation of the $Λ_b oΛ$ transition form factors, we study this interesting decay within the aligned two-Higgs-doublet model, paying particularly attention to effects of the chirality-flipped operators generated by the charged scalars. In order to extract the full set of angular coefficients in this decay, we consider the following ten angular observables that can be derived from the analysis of the subsequent parity-violating $Λ o pπ^-$ decay: the differential branching fraction ${ m d}{\cal B}/{ m d}q^2$, the longitudinal polarization fraction $F_L$, the lepton-, hadron- and combined lepton-hadron-side forward-backward asymmetries $A_{ m FB}^\ell$, $A_{ m FB}^Λ$ and $A_{ m FB}^{\ellΛ}$, as well as the other five asymmetry observables $Y_i$~($i={ m 2,\,3s,\,3sc,\,4s,\,4sc}$). Detailed numerical comparisons are made between the SM and NP values for these angular observables. It is found that, under the constraints from the inclusive $B o X_sγ$ branching fraction and the latest global fit results of $b o s\ell\ell$ data, the contributions of right-handed semileptonic operators $O^{\prime}_{9,10}$, besides reconciling the $P_5^{\prime}$ anomaly observed in $B^0 o K^{\ast 0}μ^+μ^-$ decay, could also enhance the values of ${ m d}{\cal B}/{ m d}q^2$ and $A_{ m FB}^\ell$ in the bin $[15,20]~{ m GeV}^2$, leading to results consistent with the current LHCb measurements.

연구 동기 및 목표

• 표준모형을 초월한 희귀한 바리온 붕괴 $b\to s\mu^+\mu^-$에서의 뉴 피직스 탐색.
• 정렬된 두 히iggs 듀블렛 모형(A2HDM)이 $b\to s\ell\ell$ 전이에서 지속적인 이질현상을 설명할 수 있는지 조사.
• 양성자 스칼라에서 유래한 카이랄리티 전환 연산자들이 $\Lambda_b \to \Lambda(\to p\pi^-)\mu^+\mu^-$에서의 각도 관측량에 미치는 영향 평가.
• A2HDM 예측을 LHCb 측정치와 $b\to s\ell\ell$ 데이터의 글로벌 피팅과 비교하여, $q^2$-의존 관측량에 중점을 두고 분석.

제안 방법

• 최신 고정밀 격자 QCD 계산을 통해 $\Lambda_b \to \Lambda$ 전이 형요소를 사용.
• $\Lambda_b \to \Lambda(\to p\pi^-)\mu^+\mu^-$의 전면 4체 각도 분포를 분석하여 10개의 각도 관측량 추출.
• 효과적 장 이론 기법을 적용하여 A2HDM 내의 윌슨 계수를 계산하고, 양성자 히긴스 보손 기여 포함.
• $C_9^{\prime}$, $C_{10}^{\prime}$, 및 $C_7^{\rm eff}$의 표현식을 루프 함수 $F_i(y_t)$와 양성자 쿠르티온 결합 상수로 유도.
• 포괄적 $B\to X_s\gamma$ 분열율과 $b\to s\ell\ell$ 데이터의 글로벌 피팅에서 유도된 제약 조건 적용.
• 표준모형과 A2HDM 예측 간의 수치적 비교를 통해, 미분 분열율, 편광 분율, 전후 비대칭도에 대한 분석 수행.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 A2HDM는 오른쪽 편극 연산자 기여를 통해 $B^0\to K^{*0}\mu^+\mu^-$ 붕괴에서 관측된 $P_5'$ 이질현상을 설명할 수 있는가?
• RQ2 A2HDM에서의 양성자 스칼라 기여는 $\Lambda_b \to \Lambda\mu^+\mu^-$에서 분열율과 레프톤 측면 전후 비대칭도를 증가시켜 LHCb 측정치와 일치시키는가?
• RQ3 A2HDM는 $B\to X_s\gamma$와 $b\to s\ell\ell$ 데이터의 글로벌 피팅에서 유도된 제약 조건과 일관한가?
• RQ4 A2HDM는 $[15,20]\,\text{GeV}^2$ 구간에서 표준모형 예측과 LHCb 측정치 사이의 괴리 문제를 해결할 수 있는가?
• RQ5 A2HDM는 메존 및 바리온 붕괴에서의 $b\to s\ell^+\ell^-$ 이질현상에 대해 통합적인 설명을 제공하는가?

주요 결과

• [$15,20]\,\text{GeV}^2$ 구간에서, A2HDM의 케이스 B는 분열율과 레프톤 측면 전후 비대칭도 $A_{\rm FB}^\ell$를 현재 LHCb 측정치와 일치하는 값으로 증가시킨다.
• A2HDM에서 양성자 스칼라에 의해 유도된 오른쪽 편극 연산자 $O^{\prime}_9$와 $O^{\prime}_{10}$는 이 $q^2$ 영역에서 데이터와의 일치도를 크게 향상시킨다.
• A2HDM 케이스 B는 표준모형과 케이스 A보다 강력히 지지되며, 이는 $B^0\to K^{*0}\mu^+\mu^-$에서의 $P_5'$ 이질현상과 $\Lambda_b\to\Lambda\mu^+\mu^-$ 관측량을 동시에 설명할 수 있기 때문이다.
• 모델은 $C_9$에 양의 이완을 예측하는 반면, 메존 중심 글로벌 피팅에서는 음의 이완이 선호되므로, 더 복잡한 뉴 피직스 기구가 존재할 가능성을 시사한다.
• 결과적으로 A2HDM 케이스 B는 현재의 $b$-하드론 붕괴 이질현상에 대해 유망한 해결책을 제공하며, 특히 정밀한 각도 관측량과 조합될 경우 더욱 두드러진다.
• 비요약형 스펙터터 효과는 여전히 이론적 과제이며, 향후 세밀한 구간 분할이 필요한 고정밀 측정이 모델을 추가로 검증하는 데 필수적이다.