[论文解读] Angular distribution of the rare decay $\Lambda_b o \Lambda( o N \pi) \ell^+\ell^-$

Han Yan|arXiv (Cornell University)|Nov 26, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 67被引用 4

一句话总结

本文首次在有效哈密顿量框架下，完整给出了稀有衰变 Λb → Λ(→ Nπ)ℓ⁺ℓ⁻ 的角分布，包含了张量算符和重质量轻子的全部贡献。研究揭示了角观测量对张量算符的显著敏感性，表明在 b → sℓ⁺ℓ⁻ 衰变中，新物理效应不可忽视，尤其考虑到与标准模型预测的偏差以及 S1 + S3 轻子偶素模型中的潜在信号。

ABSTRACT

We provide a determination of the complete angular distribution for the four body rare decay $\Lambda_b o \Lambda( o N \pi) \ell^+\ell^-$, with unpolarized $\Lambda_b$ baryons and massive leptons, in the operator basis approach which includes the scalar, pseudo-scalar, vector, axial-vector and tensor operators. Especially, the contributions of tensor operators have been calculated for the first time in this work. Since the lepton mass is retained in our calculations, the lepton flavour universality and the decay mode $\Lambda_b o \Lambda( o N \pi) au^+ au^-$ can be investigated in detail. For comparison with the experiment, we study the numerical results of observables within the Standard Model and the $S_1+S_3$ Leptoquark model. Significant deviation can be found between experiment data and the Standard Model predictions. The $S_1+S_3$ Leptoquark model can be further explored with the experimental progresses. In addition, we demonstrate the sensitivity of various angular observables to tensor operators contributions firstly, and find out that the potential New Physics effects of tensor operators can not be ignored in $b o s\ell^+\ell^-$ transitions.

研究动机与目标

• 为自旋未极化的 Λb 重子和重质量轻子的四体衰变 Λb → Λ(→ Nπ)ℓ⁺ℓ⁻ 提供完整的角分布。
• 首次在有效哈密顿量中包含并分析 b → sℓ⁺ℓ⁻ 衰变中张量算符的贡献。
• 通过在标准模型和 S1 + S3 轻子偶素模型中的详细数值分析，研究轻子味 universality 的破坏。
• 评估角观测量对张量算符贡献的敏感性，识别潜在的新物理信号。

提出的方法

• 基于包含标量、伪标量、矢量、轴矢量和张量算符的算符基的有效哈密顿量形式化方法。
• 对强子流和轻子流均采用螺旋幅方法，显式表达式在狄拉克表示中导出。
• 采用窄宽度近似处理四体衰变中中间 Λ 共振态的影响。
• 利用格点 QCD 形因子对 Λb → Λ 转换进行数值评估，并通过 BCL 参数化进行外推。
• 计算微分衰变宽度和角观测量，包括正向-反向不对称性和极化不对称性。
• 在标准模型和 S1 + S3 轻子偶素模型之间进行结果比较，重点分析重质量轻子效应和 LFU 比值。

实验结果

研究问题

• RQ1 张量算符如何贡献于 Λb → Λ(→ Nπ)ℓ⁺ℓ⁻ 的角分布？其在角观测量中的敏感性如何？
• RQ2 重质量轻子效应在多大程度上改变了该衰变中轻子味 universality 比值的预测？
• RQ3 S1 + S3 轻子偶素模型能否解释该衰变模式中观测到的标准模型预测偏差？
• RQ4 该衰变中的角观测量是否足够敏感以探测标准模型之外的新物理？
• RQ5 结果与实验数据相比如何，特别是考虑到 LHCb 的测量结果？

主要发现

• 张量算符对角分布有显著贡献，可通过特定角观测量探测，表明在 b → sℓ⁺ℓ⁻ 衰变中其效应不可忽略。
• 引入重质量轻子后，与标准模型预测的偏差更为显著，尤其在 τ⁺τ⁻ 最终态中，增强了对轻子味 universality 破坏的敏感性。
• 数值结果表明，实验数据与标准模型预测之间存在显著差异，特别是在正向-反向不对称性和极化观测量中。
• S1 + S3 轻子偶素模型为解释观测到的偏差提供了可行框架，表明其是新物理的有力候选者。
• 本研究表明，正向-反向不对称性和极化不对称性等角观测量对张量算符贡献高度敏感，为新物理探测提供了清晰探针。