[論文レビュー] B-anomalies related to leptons and lepton flavour universality violation

Andreas Crivellin|arXiv (Cornell University)|Jun 22, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 22被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、B中間子崩壊における複数の異常、ヒッグス粒子の崩壊 h→μτ、およびミュオンの異常磁気モーメントのすべてが、電子を含まないミュオンおよびタウ粒子に関係する新しい物理学を示唆している。Z′ボソン、レプトクォーク、2HDM-X、Lμ−Lτフラボンモデルなどの統一的モデルが提案されており、これらは同時に軽子フレーバー普遍性の破れと関連するずれを説明する。主要な予測はLHCbおよびBelle IIでテスト可能である。

ABSTRACT

Several experiments observed deviations from the Standard Model (SM) in the flavour sector: LHCb found a $4-5\,σ$ discrepancy compared to the SM in $b o sμ^+μ^-$ transitions (recently supported by an Belle analysis) and CMS reported a non-zero measurement of $h oμτ$ with a significance of $2.4\,σ$. Furthermore, BELLE, BABAR and LHCb founds hints for the violation of flavour universality in $B o D^{(*)}τν$. In addition, there is the long-standing discrepancy in the anomalous magnetic moment of the muon. Interestingly, all these anomalies are related to muons and taus, while the corresponding electron channels seem to be SM like. This suggests that these deviations from the SM might be correlated and we briefly review some selected models providing simultaneous explanations.

研究の動機と目的

• leptonセクターにおける新しい物理学の集積的証拠を分析し、B崩壊の異常、h→μτ、およびミュオンの異常磁気モーメントに焦点を当てる。
• すべての異常においてミュオンおよびタウ粒子に関与するが電子チャネルは標準模型に従うという一貫したパターンを特定し、共通の新しい物理学メカニズムを示唆する。
• 複数の異常を同時に説明できる理論的モデルを評価・比較し、既存の実験的制約と整合性を保つことを重視する。
• LHCbやBelle IIなどの今後の実験でテスト可能な、観測可能な相関関係およびシグネチャを予測する。

提案手法

• LHCb、Belle、BaBar、CMS、ATLASからの実験データを分析し、B→K*μ+μ−、B→D(*)τν、h→μτ、aμについて、標準模型（SM）の予測と比較する。
• P′5や分岐比比 R(K)、R(D)、R(D*) といった角度観測量を用いて、SMからのずれを定量化する。
• b→sℓ+ℓ−、b→cτν、h→μτ遷移における新しい物理学の寄与をモデル化するための有効場理論フレームワークを構築する。
• Z′媒介相互作用、レプトクォーク、2HDM-X、Lμ−Lτフラボンモデルなどのモデルを評価し、観測量への影響を計算する。
• フラーバー変換中性荷電現在（例：Bs−Bs混合、K0−K̄0混合）、レア崩壊（例：τ→μγ）、LEPの制約を適用する。
• 統合フィットを実施してモデル空間内の許容されるパラメータ領域を特定し、統計的有意水準（例：2.6–5σ）を用いて妥当性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 b→sμ+μ−、B→D(*)τν、h→μτ、aμにおける観測されたずれを、1つの新しい物理学モデルが説明できるか？
• RQ2 なぜ異常は常にミュオンおよびタウ粒子に関連しているが、電子チャネルは標準模型に従うのか？
• RQ3 軽子フレーバー普遍性の破れとミュオンのg−2異常を同時に説明できる妥当な新しい物理学モデルは何か？
• RQ4 LHCb や Belle II などの現在および将来の実験で、これらのモデルのテスト可能なシグネチャは何か？
• RQ5 K0−K̄0混合、τ→μγ などのフラーバー変換過程からの制約は、提案されたモデルのパラメータ空間をどのように制限するか？

主な発見

• b→sμ+μ−遷移における新しい物理学の統合的有意水準は、R(K) や P′5 を含めて4–5σに達しており、標準模型をはるかに超える強い証拠を示している。
• B→D(*)τν崩壊におけるR(D*) と R(D) のずれは、組み合わせると4.0σに達し、実験的値は R(D*)=0.316±0.016、R(D)=0.397±0.040 である。
• CMSによる h→μτ の測定では分岐比が (0.84−0.37+0.39)% であり、統合的有意水準は2.6σで、ヒッグス系における軽子フレーバー破れを示唆している。
• ミュオンの異常磁気モーメントは 2.7σ のずれを示しており（Δaμ = (236±87)×10−11）、より慎重な見積もりでは最大3.6σに達する。
• Z′ボソン、レプトクォーク、2HDM-X などのモデルは、b→sμ+μ−、B→D(*)τν、aμ を同時に説明でき、B→K*ττ や Bs→τ+τ− における分岐比の増大を予測する。
• Lμ−Lτフラボンモデルは、ヒッグス混合によって h→μτ を説明し、ループ図によって aμ を説明するが、対称性の保護により τ→μγ への大規模な寄与が防がれる。