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arXiv 2506.08089hep-phhep-ex
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在 FCC-ee 上对 $B_s^0\rightarrow ϕμ^+μ^-$ 衰变进行时间依赖的精密测量

Time-Dependent Precision Measurement of $B_s^0\rightarrow ϕμ^+μ^-$ Decay at FCC-$ee$

Tsz Hong Kwok, Zachary Polonsky, Valeriia Lukashenko, Jason Aebischer, Ben Kilminster

AI总结:

本研究利用 Pythia/Delphes 与 IDEA 探测器模拟,证明 FCC-ee 可高精度测量 $B_s^0\rightarrowϕμ^+μ^-$ 的时间依赖 CP 破坏,并对新物理相位给出模型无关约束。

摘要:

我们研究了在 FCC-ee 上测量稀有味改变中性流(FCNC)衰变 $B_s^0 \rightarrow ϕ(\rightarrow K^+K^-) μ^+ μ^-$ 中时间依赖 $C\\!P$ 破坏的可行性。在标准模型(SM)中,该模式下的 $C\\!P$ 破坏仅在更高阶产生,并受到高度抑制。标准模型的扩展(统称为新物理,NP)可能引入额外的 $C\\!P$ 破坏相位,从而增强此类效应。因此,由 $b \rightarrow s \ell^+ \ell^-$ 跃迁介导的衰变 $B_s^0 \rightarrow ϕμ^+ μ^-$ 是探测 NP 的有希望的探针。FCC-ee 作为高亮度 $Z$ 工厂运行,因其大的事例产额、干净的条件、高效的粒子鉴别和出色的顶点分辨率,为该测量提供了最佳环境。我们使用 Pythia 和 Delphes 并结合 IDEA 探测器概念进行了蒙特卡洛研究。结果发现,分支比可达到优于 $\mathcal{O}(1\\%)$ 的相对精度,时间积分 $C\\!P$ 不对称性可达到 $\mathcal{O}(10^{-2})$ 的精度。我们确定了对参数化时间依赖 $C\\!P$ 破坏的可观测量 $D_f$、$C_f$ 和 $S_f$ 的预期灵敏度。在不带标记分析中,$D_f$ 可达到 $\mathcal{O}(10^{-1})$ 的精度。借助味标记,对 $C_f$ 和 $S_f$ 的灵敏度提升至 $\mathcal{O}(10^{-2})$。这些测量仍是当前味物理实验无法实现的。在弱有效理论框架内解释这些结果,可对 $C\\!P$ 破坏 NP 给出模型无关的约束。本研究表明,FCC-ee 使首次获取此前超出实验可达范围的 $C\\!P$ 敏感可观测量成为可能。

英文摘要:

We study the feasibility of measuring time-dependent $C\!P$ violation in the rare flavor-changing neutral current (FCNC) decay $B_s^0 \rightarrow ϕ(\rightarrow K^+K^-) μ^+ μ^-$ at the FCC-$ee$. In the Standard Model (SM), $C\!P$ violation in this mode arises only at higher orders and is highly suppressed. Extensions of the SM, collectively referred to as New Physics (NP), can introduce additional $C\!P$-violating phases that enhance such effects. The decay $B_s^0 \rightarrow ϕμ^+ μ^-$, mediated by the $b \rightarrow s \ell^+ \ell^-$ transition, is therefore a promising probe of NP. The FCC-$ee$, operating as a high-luminosity $Z$-factory, offers an optimal environment for this measurement due to its large event yield, clean conditions, efficient particle identification, and excellent vertex resolution. We perform a Monte Carlo study using Pythia and Delphes with the IDEA detector concept. A relative precision better than $\mathcal{O}(1\%)$ on the branching ratio and $\mathcal{O}(10^{-2})$ on the time-integrated $C\!P$ asymmetry is found to be achievable. We determine the projected sensitivities to the observables $D_f$, $C_f$, and $S_f$, which parameterize time-dependent $C\!P$ violation. In the untagged analysis, a precision of $\mathcal{O}(10^{-1})$ on $D_f$ can be reached. With flavor tagging, sensitivities to $C_f$ and $S_f$ improve to $\mathcal{O}(10^{-2})$. These measurements remain inaccessible to current flavor experiments. Interpreting the results within the Weak Effective Theory provides model-independent constraints on $C\!P$-violating NP. This study demonstrates that FCC-$ee$ enables first-time access to $C\!P$-sensitive observables previously beyond experimental reach.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来,可能存在错误,请以论文正文为准。

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