[论文解读] Probing the R-parity violating supersymmetric effects in $B_c o J/ψ\ell^-\barν_{\ell},η_c\ell^-\barν_{\ell}$ and $Λ_b oΛ_c\ell^-\barν_{\ell}$ decays

Bin Wei, Jie Zhu+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 3, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 28被引用 3

一句话总结

本研究利用来自 $R_D$ 和 $R_{D^*}$ 异常的受约束 RPV 耦合 $ \lambda_{i33}\tilde{\lambda}^{\prime*}_{i23}$，研究了 $B_c \to J/\psi\ell^-\bar{\nu}_\ell$、$B_c \to \eta_c\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 以及 $\Lambda_b \to \Lambda_c\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 衰变中的 R-宇称破坏超对称（RPV）效应。研究发现，$R_{J/\psi}$、$R_{\eta_c}$ 和 $R_{\Lambda_c}$ 显著增强，分别超出标准模型极限达 10%、112% 和 24%，为 LHCb 和 Belle-II 实验中探测 RPV 超对称提供了可能。

ABSTRACT

Motivated by recent $R_D$, $R_{D^*}$ and $R_{J/ψ}$ anomalies in $B o D\ell^- \barν_{\ell}$, $B o D^*\ell^- \barν_{\ell}$ and $B_c o J/ψ\ell^- \barν_{\ell}$ decays, respectively, we study possible R-parity violating supersymmetric effects in $B_c o J/ψ\ell^- \barν_{\ell},η_c\ell^- \barν_{\ell}$ and $Λ_b o Λ_c \ell^- \barν_{\ell}$ decays, which are also induced by $b o c \ell^- \barν_{\ell}$ at quark level. We find that (I) the constrained slepton exchange couplings $λ_{i33} ildeλ'^*_{i23}$ involving in $b o c τ^- \barν_τ$ transition from relevant latest experimental data still have quite large effects on all (differential) branching ratios and the normalized forward-backward asymmetries of the exclusive semileptonic $b o c τ^- \barν_τ$ decays as well as the ratios of the (differential) branching ratios; (II) after satisfying the data of $R_D$ and $R_{D^*}$, the upper limit of $R_{J/ψ}$, $R_{η_c}$ and $R_{Λ_c}$ could be increased by 10%, 112% and 24%, respectively, from their upper limits of the Standard Model predictions by the $λ_{i33} ildeλ'^*_{i23}$ couplings. The results in this work could be used to probe R-parity violating effects and will correlate with searches for direct supersymmetric signals at the running LHCb and the forthcoming Belle-II.

研究动机与目标

• 研究 R-宇称破坏（RPV）超对称效应对 $B_c \to J/\psi\ell^-\bar{\nu}_\ell$、$B_c \to \eta_c\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 以及 $\Lambda_b \to \Lambda_c\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 衰变的影响。
• 利用最新的 $R_D$ 和 $R_{D^*}$ 实验数据，对 RPV 耦合 $\lambda_{i33}\tilde{\lambda}^{\prime*}_{i23}$ 进行约束。
• 评估这些 RPV 贡献对所研究衰变中分支比、微分分支比以及归一化正向-反向不对称性的影响。
• 评估未来 LHCb 和 Belle-II 实验中观测 RPV 效应的潜力。

提出的方法

• 使用有效哈密顿量形式化方法，将标准模型与 R-宇称破坏（RPV）贡献同时纳入 $b \to c\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 衰变过程。
• 应用从 $R_D$ 和 $R_{D^*}$ 异常中导出的受约束 RPV 耦合参数 $\lambda_{i33}\tilde{\lambda}^{\prime*}_{i23}$ 来计算物理可观测量。
• 利用螺旋幅和形式因子，计算 $B_c \to J/\psi\ell^-\bar{\nu}_\ell$、$B_c \to \eta_c\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 以及 $\Lambda_b \to \Lambda_c\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 衰变的微分分支比与归一化正向-反向不对称性。
• 采用参考文献 [42] 中的形式因子处理 $\Lambda_b \to \Lambda_c$ 衰变，并同时包含矢量与轴矢量当前贡献。
• 以螺旋幅和运动学变量表示双微分分支比与正向-反向不对称性的表达式。
• 将标准模型预测与 RPV 贡献进行比较，以提取 $R_{J/\psi}$、$R_{\eta_c}$ 与 $R_{\Lambda_c}$ 中的偏离量。

实验结果

研究问题

• RQ1 R-宇称破坏超对称是否能够同时解释 $R_D$ 和 $R_{D^*}$ 的观测异常，并影响 $B_c \to J/\psi\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 衰变？
• RQ2 受约束的 $\lambda_{i33}\tilde{\lambda}^{\prime*}_{i23}$ 耦合对 $B_c \to \eta_c\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 与 $\Lambda_b \to \Lambda_c\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 衰变的分支比与不对称性有何影响？
• RQ3 RPV 贡献在多大程度上可使 $R_{J/\psi}$、$R_{\eta_c}$ 与 $R_{\Lambda_c}$ 的值超出其标准模型上限？
• RQ4 在这些稀有半轻衰变中，RPV 贡献如何改变带电轻子的归一化正向-反向不对称性？
• RQ5 这些衰变能否作为 LHCb 和 Belle-II 实验中探测 R-宇称破坏超对称的探针？

主要发现

• 受约束的 RPV 耦合 $\lambda_{i33}\tilde{\lambda}^{\prime*}_{i23}$ 显著影响了 $b \to c\tau^-\bar{\nu}_\tau$ 衰变的（微分）分支比与归一化正向-反向不对称性。
• 在满足 $R_D$ 与 $R_{D^*}$ 数据后，$R_{J/\psi}$ 的上限比标准模型预测高出 10%。
• 由于 $\lambda_{i33}\tilde{\lambda}^{\prime*}_{i23}$ 耦合的存在，$R_{\eta_c}$ 的上限提高了 112%，表明存在强烈的 RPV 效应。
• $R_{\Lambda_c}$ 的上限超出标准模型上限 24%，表明 $\Lambda_b \to \Lambda_c\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 衰变中可探测到显著的 RPV 签名。
• 本研究为通过 $B_c$ 与 $\Lambda_b$ 衰变探测 R-宇称破坏超对称提供了可行框架，并与 LHCb 和 Belle-II 的直接搜寻结果相互关联。
• 结果表明，$B_c \to \eta_c\ell^-\bar{\nu}_\ell$ 对 RPV 效应特别敏感，是新物理发现的有前途通道。