[论文解读] T violation in $\\Lambda_b\ o\\Lambda\\ell^+\\ell^-$ decays

Chuan-Hung Chen, Chao-Qiang Geng+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 13被引用 3

一句话总结

本文通过末态轻子与Λ重子的横向极化，研究了强子衰变Λb → Λℓ+ℓ−中的时间反演（T）破坏。结果表明，尽管轻子的T奇极化受轻子质量强烈抑制，但在标准模型之外的超对称模型中，Λ重子的横向极化度最高可达50%，为新物理及b夸克体系中T破坏提供了清晰、可观测的信号。

ABSTRACT

We examine the T-odd transverse lepton and $\\Lambda$ polarizations in the baryonic decays of $\\Lambda_b\ o\\Lambda l^+l^- (l=e ,\\mu)$ to study the T violating effects. We show that the lepton polarizations are suppressed but the $\\Lambda$ ones can be as large as 50% in CP violating theories beyond the standard model such as the SUSY models, which can be tested in various future hadron colliders.

研究动机与目标

• 识别并量化专属重子B衰变中T奇可观测量，特别是Λb → Λℓ+ℓ−，作为时间反演破坏的直接探针。
• 区分Λ重子的T奇横向极化与其他T奇可观测量，特别是涉及轻子极化的可观测量。
• 探索Λ横向极化对新物理贡献的敏感性，特别是在无R-宇称与有R-宇称的超对称模型中。
• 评估在未来强子对撞机（如LHCb、ATLAS与CMS）中测量大T破坏信号的可行性。
• 通过将Λ重子的横向极化与长程及电磁末态效应分离，提供一种清晰、模型无关的新CP与T破坏信号。

提出的方法

• 基于b → sℓ+ℓ−衰变的有效哈密顿量形式，通过威尔逊系数CL_i与CR_i包含左右手耦合。
• 利用重夸克有效理论（HQET）参数化Λb → Λ跃迁中的形式因子f_i^T与g_i^T，简化矩阵元。
• 通过自旋-动量三重相关性定义T奇横向极化矢量，特别地，Λ重子的P^T_i ∝ Im(CR_9 CL*_{10} - CL_9 CR*_{10})。
• 推导极化末态粒子的微分衰变宽度，使用极化矢量⃗P_i = P^L_i ˆe^L_i + P^N_i ˆe^N_i + P^T_i ˆe^T_i。
• 显式计算横向极化不对称性P^T_l与P^T_Λ，表明P^T_l受m_l/M_Λb抑制，而P^T_Λ对右旋耦合敏感。
• 在标准模型与超对称模型（含与不含R-宇称）中，对分支比与P^T_Λ进行数值评估，包括Ψ与Ψ′共振态的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 Λb → Λℓ+ℓ−衰变中Λ重子的横向极化能否作为标准模型之外时间反演破坏的清晰、模型无关探针？
• RQ2 尽管轻子更常被研究，为何Λ重子的横向极化对T破坏更敏感，而非轻子？
• RQ3 在何种条件下P^T_Λ变得显著？其条件与P^T_l有何不同？
• RQ4 长程QCD与电磁末态相互作用在多大程度上可能模拟或掩盖P^T_Λ中的新物理信号？
• RQ5 未来强子对撞机中，需达到何种实验亮度与探测灵敏度，才能在99.7%置信水平下观测到P^T_Λ > 10%？

主要发现

• Λ重子的横向极化P^T_Λ与组合(CR_9 CL*_{10} - CL_9 CR*_{10})的虚部成正比，使其对右旋耦合与新物理相位敏感。
• 相比之下，轻子的横向极化P^T_l受轻子质量抑制，其量级为m_l / M_Λb，因此在标准模型中保持极小。
• 在无R-宇称的超对称模型中，Λb → Λμ+μ−衰变的P^T_Λ最高可达50%，表明存在强烈且可观测的T破坏信号。
• 即使在具有R-宇称的模型中，P^T_Λ在相同能区仍保持较大（超过50%），证实其在不同SUSY情景下的鲁棒性。
• Λb → Λμ+μ−的微分分支比在标准模型与含/不含R-宇称的SUSY模型中分别为(2.10, 1.66, 4.41) × 10^{-6}，与SM预测仅有微小偏差。
• 在3σ显著性下测量P^T_Λ ∼ 10%需至少4.5 × 10^7次Λb衰变，这一目标对LHCb、ATLAS、CMS及未来超B工厂而言是可行的。