[論文レビュー] An $SU(15)$ Approach to $B$ Anomalies

Claudio Corianò, Paul H. Frampton|arXiv (Cornell University)|Jul 5, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、付随表現に属するスカラー・レプトクォークを自然に説明するSU(15)の巨大統一理論を提唱している。この理論は、B中間子崩壊におけるレプトンのフレーバー不ユニタリティ（LFU）の破れという観測されたB異常を説明する。質量に依存するヤコビ係数を用いて、ミューオンから電子への崩壊率の増幅を自然に説明し、B→K(∗)νν̄やB+→K+τ+τ−のようなレア崩壊において顕著なLFU違反の増幅を予測する。また、τ→μγのようなLFV過程における検証可能なシグネチャを予測する。

ABSTRACT

The most efficient way to extend the Standard Model of particle theory so that it accommodates the observed B anomalies is the hypothesis of a leptoquark which is a color-triplet weak-singlet boson with electric charge $Q=+\frac{2}{3}$. We point out that SU(15) grand unification with a scalar leptoquark in the adjoint representation gives a natural explanation for the violation of lepton flavour universality. We briefly discuss biquarks and bileptons.

研究の動機と目的

• 観測されたB異常、特にB中間子崩壊におけるレプトンのフレーバー不ユニタリティ（LFU）の破れを説明すること。
• 巨大統一理論の枠組みの中でLFU違反を自然に説明するメカニズムを提供すること。
• B異常を引き起こすレプトクォークを、SU(15)の付随表現に属するスカラー・ヒッグスとして同定すること。
• LFV崩壊（例：τ→μγ）のような新しいシグネチャや、強化された希少B崩壊を予測すること。
• レプトクォーク、ビクォーク、バイレプトンを、1つのSU(15)フレームワーク内で統一的に扱い、基本粒子として扱うこと。

提案手法

• すべてのクォーク・レプトンの世代を基本表現15に含むSU(15)の巨大統一を仮定する。
• 224次元の付随表現に属するレプトクォークを特定し、これはSMゲージ群の下で72個のレプトクォークを含む。
• スピン1（ゲージ）とスピン0（ヒッグス）のレプトクォークを区別し、LFU違反の要請に応じてスカラー・ヒッグスを好む。
• 質量に依存するヤコビ係数（Mμ/Me ≈ 200）を用いて、B崩壊における観測されたLFU違反を自然に説明する。
• ヒッグス・ヤコビ係数構造のおかげで、B→K(∗)νν̄およびB+→K+τ+τ−崩壊におけるLFU違反の増幅を予測する。
• 理論的議論を通じて、LFU違反をレプトンのフレーバー不変性（LFV）に結びつけ、τ→μγ や Bs→τμ といった観測可能な過程を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SU(15)の巨大統一理論は、B崩壊におけるレプトンのフレーバー不ユニタリティ（LFU）の破れを自然に説明できるか？
• RQ2 なぜSU(15)のレプトクォークは、SMの予測とは対照的に、電子崩壊率よりもミューオン崩壊率を増幅させるのか？
• RQ3 SU(15)のヒッグス系は、観測されたLFU違反カップリングを生成するために果たす役割は何か？
• RQ4 B異常を説明する同じメカニズムから、検証可能なレプトンのフレーバー不変性（LFV）の予測は得られるか？
• RQ5 SU(15)の付随表現は、レプトクォーク、ビクォーク、バイレプトンを基本粒子として統一的に扱えるか？

主な発見

• SU(15)の付随ヒッグスは、Q = +2/3、B = +1/3、L = +1を満たすレプトクォークを含み、B異常と一致する。
• 質量に依存するヤコビ係数（Mμ/Me ≈ 200）を用いて、RK = 0.84 ± 0.04 および RK* = 0.69 ± 0.09 における観測されたLFU違反を説明する。
• 理論は、B+ → K+τ+τ− や Bs → τ+τ− といった希少B崩壊における顕著な増幅を予測し、SMを越えるLFU違反効果を示す。
• 理論は、τ → μγ、τ → μφ、Bs → τμ といった観測可能なレプトンのフレーバー不変性（LFV）過程を予測し、メカニズムの確認を可能にする。
• SU(15)では陽子崩壊が発生しないことは大きな利点であり、すべての付随成分が明確なBおよびL量子数を持つからである。
• 224表現には72個のビクォークと4個のバイレプトンも含まれており、基本的なバイフェルミオンを統一的に扱うフレームワークを示唆する。バイレプトンはMY ≈ 1.3 TeV付近の共鳴として検出可能である可能性がある。