[論文レビュー] A comprehensive study of vector leptoquark on the $B$-meson and Muon g-2 anomalies

Kayoung Ban, Yongsoo Jho+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 26被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、B中間子の崩壊異常（R_K、R_D）とミュオンのg-2の不一致を同時に説明するため、クォークとレプトンの両方に結合するU₁ベクトルレプトクォークモデルを提案する。U₁がクォークとレプトンの両方に結合することで、ミュオンのg-2、R_K^(*)、B → K μμを含む、複数のフラバー非保存および希少崩壊観測量をうまくフィットし、同時にレプトンフラバー非保存制約とも整合する。

ABSTRACT

Recently reported anomalies in various $B$ meson decays and also in the anomalous magnetic moment of muon $(g-2)$ motivate us to consider a particular extension of the standard model incorporating new interactions in lepton and quark sectors simultaneously. Our minimal choice would be leptoquark. In particular, we take vector leptoquark ($U_1$) and comprehensively study all related observables including ${(g-2)_{\mu}}, R_{K^{(*)}}, R_{D^{(*)}}$, $B o (K) \ell \ell' $ where $\ell\ell'$ are various combinations of $\mu$ and $ au$, and also lepton flavor violation in the $ au$ decays.

研究の動機と目的

• B中間子崩壊における持続的な異常、特に標準模型予測から逸脱するR_KおよびR_Dを説明すること。
• 長年にわたり続くミュオンの異常磁気モーメント（g-2)μの不一致を説明すること。
• クォークおよびレプトン系に結合するベクトルレプトクォークを用いた、標準模型の最小限の拡張を構築すること。
• τ崩壊におけるレプトンフラバー非保存過程との整合性を体系的に分析すること。
• 希少B中間子崩壊やg-2(μ)を含む、複数の高精度観測量との整合性をテストすること。

提案手法

• クォークおよび電荷を帯びたレプトンに結合可能なゲージ量子数を持つベクトルレプトクォーク（U₁）を導入する。
• U₁の相互作用の有効ラグランジアンを構築し、観測された異常を生成するフラバー非保存結合を含める。
• U₁とフェルミオンを含むループ図を用いて、(g-2)μへの寄与を計算する。
• B中間子崩壊におけるU₁媒介振幅を用いて、R_KおよびR_Dの分岐比を計算する。
• q²に依存する観測量に注目して、B → K μμの微分崩壊断面積を評価する。
• τ → μμμおよびτ → μγ崩壊におけるレプトンフラバー非保存制約を適用して、U₁のパrameter空間を制限する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1つのベクトルレプトクォークモデルが、B中間子崩壊におけるR_KおよびR_Dの異常を同時に説明できるか。
• RQ2 ベクトルレプトクォークが、観測されたミュオンの異常磁気モーメント（g-2)μの不一致をどの程度説明できるか。
• RQ3 U₁結合は、B → K μμの微分崩壊断面積にどのように影響を与え、このチャンネルでの観測された異常を説明できるか。
• RQ4 τ → μμμおよびτ → μγなどのレプトンフラバー非保存過程からの制約は、U₁のパrameter空間にどのような制限を課えるか。
• RQ5 複数の異常観測量をフィットしつつ、現在の実験的制約のもとでモデルが妥当性を保っているか。

主な発見

• ベクトルレプトクォークモデルは、R_KおよびR_Dの観測された乖離を、一貫性のある結合定数セットでうまく説明している。
• モデルは(g-2)μに顕著な寄与を提供し、測定された不一致と整合的であるが、他の制約と矛盾しない。
• B → K μμの微分崩壊断面積は、異常が観測される低-q²領域で、U₁モデルによってよく記述されている。
• τ → μμμおよびτ → μγなどのレプトンフラバー非保存過程は、モデルにおいて抑制されており、現在の実験的限界内に収まっている。
• U₁ベクトルレプトクォークは、R_K、R_D、g-2(μ)、B → K μμのすべての観測量を、許容可能なパrameter空間内で良好にフィットしている。
• U₁ベクトルレプトクォークは、フラバーおよび電弱系における複数の異常を統一する最小的で整合性のあるフレームワークを提供する。