[论文解读] CP asymmetries in dileptonic decays of B-meson in MSSM

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

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本文在最小超对称标准模型（MSSM）框架下，对胶子和胶子耦合的双轻子B介子衰变中的CP破坏不对称性进行了比较研究，重点分析了包含衰变 $ B \to X_d \tau^+ \tau^- $ 的不可分衰变和包含衰变 $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ 的可分辐射衰变中的标量相互作用。研究发现，标量相互作用在两种衰变道中显著且不同地改变CP不对称性，为探测标准模型之外的新物理提供了敏感探针。

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.

研究动机与目标

• 研究MSSM中标量相互作用对双轻子B介子衰变中CP不对称性的影响。
• 比较包含相同夸克层次跃迁 $ b \to d \tau^+ \tau^- $ 的不可分衰变 $ B \to X_d \tau^+ \tau^- $ 和可分辐射衰变 $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ 中的CP不对称性。
• 评估这些CP不对称性对新物理的敏感性，特别是通过MSSM中由中性Higgs玻色子介导的标量算符。
• 为通过实验可测量的不对称性区分标量贡献与标准模型效应，提供定量框架。

提出的方法

• 推导MSSM中 $ b \to d \tau^+ \tau^- $ 跃迁的有效哈密顿量，包含与 $ m_\tau m_b \tan^3\beta $ 成比例的标量和伪标量算符及其威尔逊系数。
• 利用CKM矩阵的幺正性，简化顶夸克、粲夸克和上夸克贡献在 $ b \to d $ 跃迁中的干涉项。
• 使用相对论参数化方法，通过形式因子 $ G_1, G_2, F_1, F_2 $ 建模可分衰变 $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ 中的强子矩阵元。
• 通过完整振幅干涉（包括矢量和标量流贡献）并进行末态相空间积分，计算CP不对称性。
• 使用MSSM参数（如 $ m = 200~\text{GeV}, M = 500~\text{GeV}, \tan\beta = 45 $）和标准模型输入（如 $ \lambda = 0.22, \rho = -0.07, \eta = 0.34 $）进行数值分析。
• 通过改变标量相互作用强度，比较两种衰变模式中CP不对称性的行为，以识别其独特特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 MSSM中的标量相互作用如何影响不可分双轻子衰变 $ B \to X_d \tau^+ \tau^- $ 中的CP不对称性？
• RQ2 标量相互作用如何影响可分辐射双轻子衰变 $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ 中的CP不对称性？
• RQ3 在相同的 $ b \to d \tau^+ \tau^- $ 夸克层次跃迁下，不可分与可分衰变模式中CP不对称性的相对行为如何？
• RQ4 CP不对称性能否作为区分MSSM中标量贡献与标准模型贡献在双轻子B衰变中作用的判别工具？
• RQ5 $ \tan\beta $ 在增强CP不对称性对这些衰变中标量相互作用的敏感性方面起到什么作用？

主要发现

• MSSM中的标量相互作用在 $ B \to X_d \tau^+ \tau^- $ 和 $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ 中均显著改变CP不对称性，且在不同衰变模式中表现出截然不同的行为模式。
• 在不可分衰变 $ B \to X_d \tau^+ \tau^- $ 中，随着标量贡献的增加，CP不对称性上升；而在可分衰变 $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ 中，相同条件下CP不对称性则下降。
• 在某些MSSM参数区域，特别是 $ \tan\beta $ 较大时，$ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ 的分支比可增强达两个数量级，使其在LHC-b实验中具有潜在可观测性。
• 半轻衰变中的正向-后向不对称性和分支比受标量效应影响而增加，但CP不对称性并无统一趋势，表明其对新物理具有独特敏感性。
• 测量这些衰变模式中的CP不对称性，为探测标量相互作用和标准模型之外的新物理提供了强大且非平凡的探针。
• 数值结果表明，当 $ \tan\beta = 45 $ 时，标量介导的贡献在 $ B_d \to \tau^+ \tau^- \bar{\nu} $ 衰变中显著超过标准模型振幅，使其成为检验MSSM预言的首选候选过程。