[论文解读] Predictions for b ! ss ¯ d and b ! dd¯ s decays in the SM and with new physics

Dan Pirjol, Jure Zupan|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 31被引用 3

一句话总结

本文研究了标准模型（SM）和新物理（NP）中的 b → ss̄d 和 b → dd̄s 破坏过程，识别出非局部贡献可达到局部算符效应的约30%。提出了一种涉及带电新物理场与味破坏耦合的一般性新物理机制，其预测的分支比与当前实验约束一致，同时满足 K–K̄ 和 B(s)–B̄(s) 混合的约束条件，并表明未来能量高于 10³ TeV 的高能对撞机在足够统计量下可无强子不确定性地探测这些跃迁。

ABSTRACT

The b → ss ¯ d and b → dd¯ s decays are highly suppressed in the SM, and are thus good probes of new physics (NP) effects. We discuss in detail the structure of the relevant SM effective Hamiltonian pointing out the presence of nonlocal contributions which can be about λ −4 (m 2 /m 2 ) ∼ 30% of the local operators (λ = 0.21 is the Cabibbo angle). The matrix elements of the local operators are computed with little hadronic uncertainty by relating them through flavor SU(3) to the observedS = 0 decays. We identify a general NP mechanism which can lead to the branching fractions of the b → ss ¯ d modes in the B + , B 0 or Bs meson decays at or just below the present experimental bounds, while satisfying the bounds from K − ¯ K and B(s) − ¯ B(s) mixing. It involves the exchange of a NP field carrying a conserved charge, broken only by its flavor couplings. The size of branching fractions within MFV, NMFV and general flavor violating NP are also predicted. We show that in the future energy scales higher than 10 3 TeV could be probed without hadronic uncertainties even for b → s and b → d transitions, if enough statistics becomes available.

研究动机与目标

• 分析标准模型有效哈密顿量中 b → ss̄d 和 b → dd̄s 衰变的结构，特别关注非局部贡献。
• 通过味 SU(3) 对称性将局部算符的矩阵元与观测到的 S = 0 衰变关联，从而显著降低强子不确定性。
• 识别一种一般性新物理机制，可解释观测到的分支比，且不违反 K–K̄ 和 B(s)–B̄(s) 混合的约束条件。
• 比较 MFV、NMFV 和一般味破坏新物理情景下分支比的预测。
• 评估未来高能对撞机（>10³ TeV）探测 b → s 和 b → d 跃迁而无强子不确定性的潜力。

提出的方法

• 构建 b → ss̄d 和 b → dd̄s 衰变的标准模型有效哈密顿量，明确包含与 λ⁻⁴(m²/m²) 成比例的非局部贡献，其大小约为局部项的30%。
• 利用味 SU(3) 对称性，将局部算符的矩阵元与观测到的 S = 0 衰变的矩阵元关联，显著降低强子不确定性。
• 提出一种一般性新物理机制，涉及一种具有保守电荷的新场，仅通过味耦合打破该对称性，以生成观测到的衰变速率。
• 在 MFV、NMFV 和一般味破坏新物理模型的背景下分析分支比，以评估模型依赖性。
• 评估未来能量高于 10³ TeV 的对撞机的探测灵敏度，表明统计精度可克服 b → s 和 b → d 跃迁中的强子不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在标准模型有效哈密顿量中，b → ss̄d 和 b → dd̄s 衰变的非局部贡献起什么作用？其相对于局部算符的大小如何？
• RQ2 如何利用味 SU(3) 对称性降低这些衰变中矩阵元计算的强子不确定性？
• RQ3 何种新物理机制可生成 b → ss̄d 模式分支比，使其处于或低于当前实验上限，同时满足 K–K̄ 和 B(s)–B̄(s) 混合约束？
• RQ4 MFV、NMFV 和一般味破坏新物理情景下，分支比预测有何差异？
• RQ5 未来中心系能量高于 10³ TeV 的对撞机在多大程度上可无强子不确定性地探测 b → s 和 b → d 跃迁？

主要发现

• 在标准模型有效哈密顿量中，b → ss̄d 和 b → dd̄s 衰变的非局部贡献由于受 Cabibbo 角抑制，可达到局部算符贡献的约30%。
• 通过味 SU(3) 对称性将局部算符的矩阵元与观测到的 S = 0 衰变关联，可显著降低其强子不确定性。
• 一种涉及具有保守电荷的新场、仅通过味耦合破缺的通用新物理机制，可生成与当前实验上限和混合约束一致的 b → ss̄d 衰变分支比。
• 该模型在 MFV、NMFV 和一般味破坏新物理情景下，对 B⁺、B⁰ 或 Bs 介子中 b → ss̄d 衰变的分支比预测均处于或略低于当前实验限制。
• 未来运行能量高于 10³ TeV 的对撞机，若具备足够亮度和统计量，可无强子不确定性地探测 b → s 和 b → d 跃迁。