[论文解读] The $\Lambda_b o \Lambda\ ( o p \pi^-)\mu^+\mu^-$ decay in the $ ext{RS}_{c}$ model

Aqsa Nasrullah, Faisal Munir Bhutta+1 more|arXiv (Cornell University)|May 3, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 97被引用 4

一句话总结

本研究在具有客居保护的Randall-Sundrum模型（RSc）框架下，利用LHC数据、电弱精确测试和希格斯信号强度的严格约束，研究了稀有重子衰变Λb → Λ(→pπ⁻)μ⁺μ⁻。尽管由于Kaluza-Klein胶子交换导致威尔逊系数出现微小偏离，该模型仍无法解释标准模型预测与LHCb测量结果在角观测量和分支比方面存在的显著差异。

ABSTRACT

We study the four body decay $\Lambda_b ightarrow \Lambda ( ightarrow p \pi^-) \mu^{+} \mu^{-}$ in the Randall-Sundrum model with custodial protection $( ext{RS}_c)$. By considering the constraints coming from the direct searches of the lightest Kaluza-Klein (KK) excitation of the gluon, electroweak precision tests, the measurements of the Higgs signal strengths at the LHC and from $\Delta F=2$ flavor observables, we perform a scan of the parameter space of the $ ext{RS}_c$ model and obtain the maximum allowed deviations of the Wilson coefficients $\Delta C^{(\prime)}_{7,\; 9,\; 10}$ for different values of the lightest KK gluon mass $M_{g^{(1)}}$. Later, their implications on the observables such as differential branching fraction, longitudinal polarization of the daughter baryon $\Lambda$, forward-backward asymmetry with respect to leptonic, hadronic and combined lepton-hadron angles are discussed where we present the analysis of these observables in different bins of di-muon invariant mass squared $s\;(= q^2)$. It is observed that with the current constraints the Wilson coefficients in $ ext{RS}_c$ model show slight deviations from their Standard Model values and hence can not accommodate the discrepancies between the Standard Model calculations of various observables and the LHCb measurements in $\Lambda_b$ decays.

研究动机与目标

• 评估RSc模型是否能解释Λb → Λ(→pπ⁻)μ⁺μ⁻衰变中观测到的与标准模型预测的偏离。
• 利用LHC数据、电弱精确测试和希格斯信号强度约束RSc模型的参数空间。
• 在RSc框架下计算威尔逊系数和角观测量（微分支比、极化、不对称性）。
• 评估该模型是否能解释LHCb在RK、RK*和角分布方面观测到的显著张力。

提出的方法

• 在轻度KK胶子（Mg(1)）的直接搜寻、电弱精确测试和LHC希格斯信号强度约束下，对RSc模型参数空间进行全局扫描。
• 使用复数5D Yukawa耦合矩阵而非实数矩阵，导致威尔逊系数为复数。
• 采用螺旋度形式计算Λb → Λ跃迁矩阵元，并引入最新的格点QCD形式因子。
• 在多个q²区间内计算微分支比、纵向极化（FL）以及正向-后向不对称性（AℓFB、AΛFB、AℓΛFB）。
• 在5个二μ子质量平方（s）区间内比较SM与RSc模型的预测结果。
• 使用LHCb（2018年）的实验数据进行对比，包括分支比和角观测量及其不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 RSc模型能否解释Λb → Λ(→pπ⁻)μ⁺μ⁻衰变中观测到的与标准模型预测的偏离？
• RQ2 在当前实验约束下，RSc模型中威尔逊系数C7、C9、C10的偏离程度有多大？
• RQ3 在不同s区间内，RSc模型中的角观测量（FL、AℓFB、AΛFB、AℓΛFB）是否与标准模型值有显著偏离？
• RQ4 RSc模型能否解释LHCb在RK、RK*和角分布方面观测到的显著张力？
• RQ5 使用复数Yukawa耦合和更新的格点QCD形式因子对模型的物理学影响如何？

主要发现

• 当Mg(1) = 4.8 TeV时，RSc模型预测在[1.1, 6] GeV²区间内的微分支比为0.190⁺⁰.¹²⁰₋₀.¹¹⁹，比LHCb测量值0.09⁺⁰.⁰⁶¹₋₀.⁰⁵¹低1.9σ。
• 在低反冲区间[15, 20] GeV²内，RSc模型预测的分支比为0.807⁺⁰.⁰⁶⁹₋₀.⁰⁶⁹，比LHCb测量值0.61⁺⁰.¹¹⁴₋₀.¹⁴³高4.1σ。
• 在[0.1, 2] GeV²区间内，RSc模型预测的纵向极化FL为0.552⁺⁰.⁰⁶⁹₋₀.⁰⁸⁴，与LHCb测得的0.56⁺⁰.²⁴⁴₋₀.⁵⁶⁶仅相差0.02σ。
• 在[15, 20] GeV²区间内，RSc模型预测的AℓFB为-0.332⁺⁰.⁰⁰⁸₋₀.⁰⁰⁹，与LHCb测量值-0.05⁺⁰.⁰⁹⁵₋₀.⁰⁹⁵相差3.0σ。
• 在[15, 20] GeV²区间内，RSc模型预测的AΛFB为-0.247⁺⁰.⁰¹¹₋₀.⁰¹¹，与LHCb测得的-0.29⁺⁰.⁰⁷⁶₋₀.⁰⁸¹相差0.5σ。
• RSc模型中所有角观测量均与标准模型预测值接近，其偏离程度过小，不足以解释LHCb数据中观测到的张力。