[论文解读] Comparative Study of $B_{c} o D_{s}^{*}\ell^{+}\ell^{-}$ Decays in Standard Model and Supersymmetric Models

Aqeel Ahmed, Ishtiaq Ahmed+4 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 51被引用 3

一句话总结

本研究利用QCD求和规则计算形式因子，比较了标准模型（SM）与超对称模型（MSSM和SUSY SO(10) GUT）中稀有 $B_c \to D_s^{*}\ell^+\ell^-$ 衰变的特性。研究发现，由于新威尔逊系数的引入，超对称效应在正向-反向不对称性和极化不对称性中表现显著，为超越标准模型的超对称参数空间提供了强有力的约束。

ABSTRACT

A comparative study of the exclusive rare $B_{c} ightarrow D_{s}^{\ast}\ell^{+}\ell^{-}$ ($\ell=\mu, au$) decays has been made in the minimal supersymmetric models (MSSM) and the SUSY SO(10) GUT models. In this context, various physical observables such as branching ratios $(\mathcal{BR})$, forward-backward asymmetries $(\mathcal{A}_{FB})$, lepton polarization asymmetries $(P_{L,N,T})$ and helicity fractions ($f_{L,T}$) of $D_{s}^{\ast}$ meson by using the the QCD sum rules form factors have been investigated. It is found that the SUSY effects are characteristically prominent to that of the SM values for these observables. For instance, in SUSY I and SUSY II, the forward-backward asymmetry does not cross zero which is mainly due to the same sign of the $C_{7}^{eff}$ and $C_{9}^{eff}$ Wilson coefficients. Similarly in SUSY SO(10) GUT models due to the complex nature of the new Wilson coefficients -- corresponding to the new operators arising due to the contribution of neutral Higgs bosons (NHBs) -- the above mentioned observables are sizably affected. Therefore the analysis of said observables in charmed semileptonic $B$ meson decays can put some stringent constraints on the parameter space of SUSY variants and can serve as a windowpane to look beyond the SM.

研究动机与目标

• 研究超对称对标准模型之外的稀有 $B_c \to D_s^{*}\ell^+\ell^-$ 衰变的影响。
• 分析超对称贡献（特别是中性希格斯玻色子）对分支比和不对称性等关键可观测量的修改作用。
• 将最小超对称模型（MSSM）和SUSY SO(10) GUT模型的预测与标准模型进行比较。
• 评估如正向-反向不对称性和轻子极化等可观测量对新物理的敏感性，通过有效威尔逊系数实现。
• 确定这些衰变是否可作为约束超对称模型参数空间的探针。

提出的方法

• 采用QCD求和规则计算 $B_c \to D_s^*$ 衰变的形因子，这是计算衰变宽度的关键。
• 计算了包括分支比、正向-反向不对称性 ($\mathcal{A}_{FB}$)、轻子极化不对称性 ($P_L, P_N, P_T$) 以及 $D_s^*$ 的螺旋度成分 ($f_L, f_T$) 在内的物理可观测量。
• 从超对称贡献（特别是中性希格斯玻色子交换）中推导出有效哈密顿量及新的威尔逊系数 ($C_7^{\text{eff}}, C_9^{\text{eff}}$)。
• 分析了SUSY SO(10) GUT模型中新威尔逊系数的复数结构，其显著改变了衰变可观测量，与SM形成对比。
• 在SM、MSSM（SUSY I和II）以及SUSY SO(10) GUT模型之间进行比较，以识别超对称的特征信号。
• 利用轻子味 ($\ell = \mu, \tau$) 的依赖性，探测不同末态中SUSY贡献的差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 与标准模型相比，超对称模型（MSSM和SUSY SO(10) GUT）如何改变 $B_c \to D_s^{*}\ell^+\ell^-$ 的分支比？
• RQ2 新物理贡献（特别是来自中性希格斯玻色子）对 $B_c \to D_s^{*}\ell^+\ell^-$ 衰变中正向-反向不对称性有何影响？
• RQ3 在SUSY模型与SM中，$D_s^*$ 介子的轻子极化不对称性和螺旋度成分有何不同？
• RQ4 为何在某些SUSY情景中正向-反向不对称性不穿过零点？这对其有效威尔逊系数符号有何含义？
• RQ5 可观测量与SM预测的偏差是否能够约束超对称模型的参数空间？

主要发现

• SUSY效应显著改变了 $B_c \to D_s^{*}\ell^+\ell^-$ 衰变中的正向-反向不对称性，SUSY I和SUSY II中由于 $C_7^{\text{eff}}$ 和 $C_9^{\text{eff}}$ 威尔逊系数同号，导致不对称性不穿过零点。
• 在SUSY SO(10) GUT模型中，中性希格斯玻色子贡献导致的新威尔逊系数具有复数结构，显著改变了所有研究的可观测量。
• 在SUSY情景中，$D_s^*$ 介子的轻子极化不对称性 ($P_L, P_N, P_T$) 和螺旋度成分 ($f_L, f_T$) 显现出与SM预测明显不同的偏离。
• SUSY模型中的分支比与SM相比发生改变，其改变程度取决于具体的SUSY模型和末态轻子味。
• 在SUSY模型中，正向-反向不对称性保持非零且符号稳定，与SM行为形成鲜明对比，表明存在明确的新物理信号。
• 这些可观测量共同为MSSM和SUSY SO(10) GUT模型的参数空间提供了强而依赖于模型的约束。