[论文解读] Enhanced $B o \mu \bar u$ Decay at Tree Level

W.-S. Hou, Masaya Kohda+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 9

一句话总结

本文提出，通过新的Yukawa耦合，特别是 $\lambda_{\tau\mu}$ 和 $\lambda_{tu}$，可以在树图层次上增强 $B \to \mu\bar{\mu}}$ 衰变速率，同时不影响 $B \to \tau\bar{\mu}}$ 衰变，从而导致偏离标准模型和类型II两Higgs双重模型的预测。鉴于近期Belle实验数据暗示了此类增强，Belle II仅需几 ab$^{-1}$ 的数据即可探测这种新物理。

ABSTRACT

The presence of extra Yukawa couplings, in particular $ ho_{ au\mu}$ and $ ho_{tu}$, can enhance $B o \mu\bar u$ rate but leave $B o au\bar u$ unchanged, thereby their ratio can deviate from the value common to the Standard Model and two Higgs doublet model type II. With recent hint of enhancement in $B o \mu\bar u$ using full Belle data, the Belle II experiment could probe this New Physics with just a few ab$^{-1}$.

研究动机与目标

• 研究额外Yukawa耦合如何在不改变 $B \to \tau\bar{\mu}}$ 衰变速率的情况下增强 $B \to \mu\bar{\mu}}$ 衰变速率。
• 识别在标准模型和类型II两Higgs双重模型预期之外，$B \to \mu\bar{\mu}}$ 与 $B \to \tau\bar{\mu}}$ 衰变分支比的偏离。
• 评估Belle II实验在近期全Belle数据提示的背景下，利用适度亮度探测此类新物理的潜力。

提出的方法

• 在树图层次上建模 $B \to \mu\bar{\mu}}$ 衰变，引入额外的Yukawa耦合 $\lambda_{\tau\mu}$ 和 $\lambda_{tu}$。
• 计算 $B \to \mu\bar{\mu}}$ 和 $B \to \tau\bar{\mu}}$ 过程的振幅，表明仅前者受新耦合增强。
• 将分支比之比 $\mathcal{B}(B \to \mu\bar{\mu}})/\mathcal{B}(B \to \tau\bar{\mu}})$ 与标准模型和类型II 2HDM的预测进行比较。
• 利用预计的几 ab$^{-1}$ 亮度评估Belle II对这些新耦合的探测灵敏度。

实验结果

研究问题

• RQ1 像 $\lambda_{\tau\mu}$ 和 $\lambda_{tu}$ 这样的新Yukawa耦合是否能在树图层次上增强 $B \to \mu\bar{\mu}}$ 衰变，而不会影响 $B \to \tau\bar{\mu}}$？
• RQ2 在存在这些耦合的情况下，$\mathcal{B}(B \to \mu\bar{\mu}})/\mathcal{B}(B \to \tau\bar{\mu}})$ 的比值是否偏离标准模型和类型II 2HDM的预测值？
• RQ3 在当前实验提示下，Belle II是否仅需几 ab$^{-1}$ 的积分亮度即可探测到此类偏离？

主要发现

• $\lambda_{\tau\mu}$ 和 $\lambda_{tu}$ Yukawa耦合的存在在树图层次上增强了 $B \to \mu\bar{\mu}}$ 衰变速率，同时保持 $B \to \tau\bar{\mu}}$ 不变。
• 这导致 $B \to \mu\bar{\mu}}$ 与 $B \to \tau\bar{\mu}}$ 分支比之比偏离标准模型和类型II 2HDM的预测。
• 即使仅使用Belle II的几 ab$^{-1}$ 数据，$B \to \mu\bar{\mu}}$ 的增强效应也可被探测到。
• 该模型为近期全Belle数据中观测到的 $B \to \mu\bar{\mu}}$ 增强现象提供了一个合理的解释。