[论文解读] Probe the R-parity Violating Supersymmetry Effects in the $B^0_s-\bar{B}^0_s$ Mixing

Ru-Min Wang, G. R. Lu+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 27, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文利用最新的CDF和DØ实验对质量差 $\Delta M_s$ 的测量，研究了 $B^0_s$-$\bar{B}^0_s$ 系综中R-宇称破坏（RPV）超对称效应。通过 $\Delta M_s$ 约束RPV耦合乘积 $\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}$，预测了 $B_s$ 宽度差 $\Delta\Gamma_s$ 的显著减小，并推导出比以往约束更紧的上限，相比现有约束改善了约3倍。

ABSTRACT

The recent measurements of the $B_s$ mass difference $ΔM_s$ by the CDF and DØ collaborations are roughly consistent with the Standard Model predictions, therefore, these measurements will afford an opportunity to constrain new physics scenarios beyond the Standard Model. We consider the impact of the R-parity violating supersymmetry in the $B^0_s-\bar{B}^0_s$ mixing, and use the latest experimental results of $ΔM_s$ to constrain the size of the R-parity violating tree level couplings in the $B^0_s-\bar{B}^0_s$ mixing. Then, using the constrained R-parity violating parameter space from $ΔM_s$, we show the R-parity violating effects on the $B_s$ width difference $ΔΓ_{s}$.

研究动机与目标

• 利用最新的实验测量 $\Delta M_s$ 约束 $B^0_s$-$\bar{B}^0_s$ 系综中R-宇称破坏超对称耦合。
• 研究这些受约束的RPV耦合对 $B_s$ 宽度差 $\Delta\Gamma_s$ 的影响。
• 通过结合 $\Delta M_s$ 和 $\Delta\Gamma_s$ 的约束，推导出 $\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}$ 耦合乘积的更紧上限。
• 评估未来LHC数据对进一步缩小或排除RPV耦合参数空间的潜力。

提出的方法

• 利用CDF和DØ实验测得的 $\Delta M_s = (17.31^{+0.33}_{-0.18} \pm 0.07)/\text{ps}$ 约束RPV耦合乘积 $\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}$。
• 在标准模型和RPV超对称框架下应用有效哈密顿量形式，计算混合振幅 $M_{12}^{s,\text{SM}}$ 和RPV贡献 $M_{12}^{s,\text{RPV}}$。
• 利用涉及 $V_{cb}V_{cs}^*$、$G(x_c)$、$G_2(x_c)$ 和 $1/m_b$ 修正项的标准模型表达式，推导 $B_s$ 宽度差 $\Delta\Gamma_s$。
• 对 $\Delta\Gamma_s$ 进行三维散点图分析，作为 $|\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}|$ 和 $\phi_{\not R_p}$ 的函数，以可视化允许的参数空间。
• 将 $\Delta M_s$ 的约束与实验测得的 $\Delta\Gamma_s = (0.22 \pm 0.09)/\text{ps}$ 结合，进一步限制 $\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}$ 的允许区域。
• 利用 $\tilde{\nu}_i$ 暗费米子质量的依赖关系，将约束表达为 $m_{\tilde{\nu}_i}$ 的函数，其缩放关系为 $1/m_{\tilde{\nu}_i}^2$。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于最新的 $\Delta M_s$ 测量，RPV耦合乘积 $\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}$ 的允许参数空间是什么？
• RQ2 RPV超对称贡献如何影响 $B_s$ 宽度差 $\Delta\Gamma_s$ 相对于标准模型预测的结果？
• RQ3 结合 $\Delta M_s$ 和 $\Delta\Gamma_s$ 的约束，是否能获得比仅使用 $\Delta M_s$ 更紧的 $\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}$ 约束？
• RQ4 未来LHC数据对进一步约束或排除RPV耦合参数空间的预期灵敏度如何？

主要发现

• 仅从 $\Delta M_s$ 得到的 $|\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}|$ 上限已收紧至 $4.4 \times 10^{-7} \times (100~\text{GeV}/m_{\tilde{\nu}_i})^2$，相比以往限制有显著改善。
• RPV对 $\Delta\Gamma_s$ 的贡献可使宽度差低于标准模型预测的 $0.07 \pm 0.03$ ps，具体范围取决于相位 $\phi_{\not R_p}$，$\Delta\Gamma_s$ 可在 0.00 至 0.10 ps 之间变化。
• 当相位 $\phi_{\not R_p}$ 落于 $[2\pi/3, 8\pi/9]$ 范围时，可使 $\Delta\Gamma_s$ 降至零，表明存在强烈的干涉效应。
• 结合 $\Delta M_s$ 和 $\Delta\Gamma_s$ 的约束，可排除 $4.4 \times 10^{-7} < |\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}| < 5.5 \times 10^{-7}$ 的区域，从而获得比仅使用 $\Delta M_s$ 更强的约束。
• 最终允许的 $|\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}|$ 范围为 $[5.5, 13.1] \times 10^{-7} \times (100~\text{GeV}/m_{\tilde{\nu}_i})^2$，比以往研究的约束更紧。
• 预计未来LHC数据每年收集 $10^{12}$ 个 $b\bar{b}$ 事例，将显著缩小或完全排除 $\lambda'_{i32}\lambda'^{*}_{i23}$ 的剩余允许参数空间。