[论文解读] Polarized $\\Lambda_{b} \ o X_{c} \ au \ u$ in the SM and THDM

Chao-Shang Huang, Hua-Gang Yan|arXiv (Cornell University)|Aug 1, 1997

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 4

一句话总结

本文在标准模型（SM）和双 Higgs 二重态模型（THDM）中计算了包含 O(αs) QCD 修正和至 1/m²b 阶自旋依赖效应的包含性半轻衰变 Λb → Xcτν。研究发现，τ 轻子的极化和能谱对新物理极为敏感，特别是 THDM 中的带电 Higgs 粒子贡献，在高 tanβ 和轻 H± 质量下与 SM 预测存在显著偏离，为探索标准模型之外的新物理提供了有效探针。

ABSTRACT

The inclusive rate and $\ au$ spectrum for a polarized $\\Lambda_b$ -baryon to decay to charm hadronic final states and leptons $\ au \ u$ in the SM and a two-Higgs doublet model are computed.The $O(\\alpha_s)$ QCD corrections to

研究动机与目标

• 在 τ 质量非零的条件下，计算标准模型中极化 Λb → Xcτν 的包含性衰变速率和 τ 轻子能谱。
• 将 SM 结果扩展至包含重夸克有效理论（HQET）中至 1/m²b 阶的自旋依赖形式因子。
• 在双 Higgs 二重态模型（THDM）中，计算包含 O(αs) QCD 修正和非微扰 1/m²b 效应的包含性衰变速率和 τ 能谱。
• 评估 τ 能谱和极化对新物理的敏感性，特别是 THDM 中的带电 Higgs 玻色子。
• 为未来实验测量 Λb 半轻衰变提供一个定量框架，以检验 THDM 参数。

提出的方法

• 利用重夸克有效理论（HQET）计算至 1/m²b 阶的强子张量结构函数 Wμν，包括自旋依赖贡献。
• 以运动学变量表示微分衰变速率：x = 2Eτ / mb，y = 2Eν / mb，t = q²/m²b，η = m²τ / m²b，以及 cosθ（τ 与 Λb 自旋之间的夹角）。
• 在 SM 中，τ 能谱表示为 dΓ/dxdcosθ = AW(x,η,ε) + BW(x,η,ε)cosθ，并在 THDM 中引入额外贡献项 AH, BH, AI, BI。
• 通过微扰 QCD 计算，将 O(αs) QCD 修正引入 THDM 中的 τ 能谱。
• 引入参数 Kb 和 ǫb，以参数化 Λb 衰变中非微扰的 1/m²b 效应。
• 分析 THDM 中 tanβ 和 mH± 的依赖关系，表明大 tanβ 会增强带电 Higgs 的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 当 τ 质量非零时，1/m²b 修正如何影响 SM 中 Λb → Xcτν 的 τ 轻子能谱和极化？
• RQ2 在 THDM 中，带电 Higgs 玻色子对包含性衰变速率和 τ 能谱有何贡献？
• RQ3 O(αs) QCD 修正如何改变 THDM 中的 τ 能谱？
• RQ4 在 THDM 中，τ 能谱和极化对带电 Higgs 质量和 tanβ 的敏感性如何？
• RQ5 Λb → Xcτν 衰变能否作为探测标准模型之外新物理的清晰探针，特别是在 THDM 中？

主要发现

• 在 SM 中，考虑非零 τ 质量和自旋依赖的 1/m²b 修正后，τ 能谱偏离无质量极限，附录中给出了 AW 和 BW 的显式表达式。
• 在 THDM 中，当 tanβ 较高时，带电 Higgs 对衰变速率的贡献成为主导，当 tanβ > 50 时，总宽度显著增加。
• 当 mH± = 200 GeV 时，在 tanβ = 100 条件下，THDM 的总宽度比 SM 宽度高出最多 30%，表明对新物理具有强敏感性。
• 在 THDM 中，O(αs) QCD 修正对 τ 能谱具有不可忽略的影响，尤其在高 x（高 τ 能量）区域显著改变了谱形。
• τ 轻子的角分布（由 cosθ 依赖关系表征）在高 tanβ 条件下，正向-反向不对称性显著增强，使其成为探测新物理的敏感探针。
• 在大 tanβ 极限下，THDM 的贡献按 r⁴ tan²β 缩放，主要体现在 AH 和 BH 项中，导致与 SM 预测的可观测偏离。