[论文解读] The decay $B o K+ν+\barν$ at Belle II and a massless bino in R-parity-violating supersymmetry

Zeren Simon Wang, Herbert K. Dreiner+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2023

Particle physics theoretical and experimental studiesPhysics and Astronomy被引用 3

一句话总结

该论文提出，Belle II实验观测到的稀有衰变 $B^+ \to K^+ \nu\bar{\nu}$ 在3.6σ显著性水平下，超出标准模型预测2.8σ，这一现象可通过具有无质量双线态的R-宇称破坏超对称理论来解释。该衰变通过树图级过程 $B^+ \to K^+ \nu\tilde{\chi}_1^0$ 实现，由非零的 $\lambda'_{i23}$ 或 $\lambda'_{i32}$ 耦合诱导，且在参数空间的广大区域内，该过程可在2σ范围内容纳观测结果，同时避开当前实验约束。

ABSTRACT

Recently, exttt{Belle II} announced evidence for the decay $B^+ o K^+ +ν+\barν$ at the $3.5\,σ$ significance, and measured the corresponding decay branching ratio to be $2.7\,σ$ above the Standard Model prediction. Here, we provide a theoretical explanation based on a massless bino in R-parity-violating (RPV) supersymmetry. With a single non-vanishing RPV coupling $λ'_{i23/i32}$, $λ'_{i13/i33}$, or $λ'_{i12/i22}$, where $i=1,2,3$, the decay $B^+ o K^+ +\overset{\scriptscriptstyle(-)}{ν_i}+ ildeχ^0_1$ can be induced, which would lead to the same signature as $B^+ o K^+ +ν+\barν$. Taking into account both theoretical and experimental uncertainties, we derive the regions of the parameter space spanned by the RPV couplings and sfermion masses that could accommodate the new measurement at various significance levels and obey the existing bounds simultaneously.

研究动机与目标

• 解释Belle II在3.6σ显著性水平下观测到的 $B^+ \to K^+ \nu\bar{\nu}$ 衰变，其值超出标准模型预测2.8σ。
• 研究无质量双线态的R-宇称破坏超对称理论是否可解释观测到的分支比增强。
• 识别RPV耦合与超费米子质量参数空间中，能同时解释Belle II测量结果并满足当前实验约束的可行参数区域。

提出的方法

• 构建一个具有非零 $\lambda'_{ijk}$ 耦合的R-宇称破坏超对称模型，以生成树图级 $B^+ \to K^+ \nu\tilde{\chi}_1^0$ 衰变。
• 利用有效场论方法积分掉重的超费米子，推导出 $b \to s \nu\tilde{\chi}_1^0$ 转换的有效四费米子相互作用。
• 计算 $\lambda'_{i23}$, $\lambda'_{i32}$, $\lambda'_{i13}$, $\lambda'_{i33}$, $\lambda'_{i12}$, 以及 $\lambda'_{i22}$ 耦合下的衰变宽度 $\Gamma(B^+ \to K^+ \nu\tilde{\chi}_1^0)$。
• 引入CKM矩阵元以考虑 $\lambda'_{i13}$, $\lambda'_{i33}$, $\lambda'_{i12}$, 以及 $\lambda'_{i22}$ 情况下的味抑制效应。
• 将预测的分支比与Belle II的测量值 $(2.4 \pm 0.7) \times 10^{-5}$ 进行比较，评估包含理论与实验不确定性的显著性水平。
• 应用当前对 $\lambda'$ 耦合的实验约束，以限制可行的参数空间。

实验结果

研究问题

• RQ1 无质量双线态的R-宇称破坏超对称理论能否解释Belle II在3.6σ显著性水平下观测到的 $B^+ \to K^+ \nu\bar{\nu}$ 衰变？
• RQ2 哪些RPV耦合 $\lambda'_{ijk}$ 可以生成树图级 $B^+ \to K^+ \nu\tilde{\chi}_1^0$ 衰变，从而模拟标准模型中 $B^+ \to K^+ \nu\bar{\nu}$ 的信号？
• RQ3 在 $\lambda'$ 耦合与超费米子质量参数空间中，哪些区域能同时在2σ范围内解释Belle II测量结果并满足当前实验约束？
• RQ4 CKM抑制效应如何影响不同 $\lambda'$ 耦合在解释观测到的分支比增强时的可行性？
• RQ5 $\lambda'_{i23}$ 与 $\lambda'_{i32}$ 耦合能否在保持与现有约束一致的前提下，为Belle II结果提供可行解释？

主要发现

• $\lambda'_{i23}$ 与 $\lambda'_{i32}$ 耦合产生几乎相同的结果，且在参数空间的广大区域内，可在2σ显著性水平内解释Belle II的测量结果。
• 对于 $\lambda'_{i23}$ 与 $\lambda'_{i32}$，Belle II测量的2σ区域与当前对 $\lambda'$ 耦合的实验约束相容，尤其在超费米子质量简并且足够重时更为明显。
• $\lambda'_{i13}$ 与 $\lambda'_{i33}$ 耦合因 $V_{ts}$ 较小而受到强烈的CKM抑制，其贡献受限，需极大的 $\lambda'$ 值与较小的超费米子质量才能解释测量结果，但这些参数通常被当前约束排除。
• $\lambda'_{i12}$ 与 $\lambda'_{i22}$ 耦合同样受到CKM抑制，其中 $\lambda'_{i12}$ 需要的 $\lambda'$ 值超过当前约束允许值一个数量级以上，而 $\lambda'_{i22}$ 仅允许极小的参数区域同时满足测量与约束。
• 对于 $\lambda'_{133}$，当前对耦合的约束比2σ区域强多个数量级，几乎完全排除了所有可行的参数空间。