[論文レビュー] B-anomalies related to leptons and lepton flavour violation: new directions in model building

Ferruccio Feruglio|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、レプトンのフレーバー不変性とレプトンのフレーバー普遍性の破れを示すB中間子崩壊の異常を説明する新しい物理学のモデルを調査しており、第3世代のフェルミオンに影響を与えるTeVスケールの新しい物理学に焦点を当てている。単純なモデルは電弱放射修正によって除外され、中性および電荷カレントB崩壊の異常を同時に適合させるために、修正されたフレーバー構造が必要であることが示されている。

ABSTRACT

B-decays mediated by both charged currents and neutral currents have provided hints of violation of lepton flavour universality. By assuming an explanation of these anomalies in terms of new physics at the TeV scale affecting the third fermion generation, we review the relevant constraints. In particular we illustrate the effects of electroweak radiative corrections and their impact on a consistent interpretation of the data. The simplest scenario is ruled out and we briefly discuss the modifications required to simultaneously describe the whole set of anomalies.

研究の動機と目的

• レプトンのフレーバー普遍性からの観測された逸脱、特にR(K*)およびR(K)比、および電荷カレントにおけるR(D*)およびR(D)を説明すること。
• 新しい物理学が第3世代にのみ作用する最小モデルの妥当性を、電弱放射修正によって評価すること。
• 中性カレントおよび電荷カレントB異常を同時に適合させるために、新しい物理学モデルのフレーバー構造に必要な修正を同定すること。
• B異常とミュオンの異常磁気モーメント（g-2)μとの間の関係を、スカラーおよびベクトルレプトクォークを通じて探ること。
• このようなモデルが、μ→eγのようなレプトンのフレーバー不変性破れ過程からの厳密な制約と整合しているかを評価すること。

提案手法

• TeVスケールでの新しい物理学の効果を記述するため、次元6の半レプトン的オペレーターを用いた有効場理論フレームワークを用いる。
• ウィルソン係数の高エネルギー スケール Λ から電弱スケールへのランギングを追跡するために、レノルマライゼーション群の発展（RGE）を適用する。
• μ→eγやμ→3e、Z→ℓℓ崩壊などのレプトンのフレーバー不変性破れ（LFV）過程からの制約を課す。
• 電弱放射修正が単純なベンチマークモデルの妥当性に与える影響を分析し、それが除外されることを示す。
• ベクトル型のレプトクォーク（例：U1=(3,1,+2/3)）を含むUV完全モデルを検討し、そのフレーバー構造と質量制約を分析する。
• 有効場理論におけるモデルに依存しない関係を用い、スカラーおよびテンソルオペレーターを通じてB異常と(g-2)μを結びつける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 第3世代にのみ作用する新しい物理学の最小モデルが、中性および電荷カレントB異常を同時に説明できるか？
• RQ2 電弱放射修正は、B異常を説明する単純な新しい物理学モデルの妥当性にどのように影響するか？
• RQ3 観測されたB崩壊異常とレプトンのフレーバー不変性破れ過程からの制約を両立させるために、どのようなフレーバー構造が必要か？
• RQ4 B異常とミュオンの異常磁気モーメント（g-2)μの差異との間に一貫した関係があるか？
• RQ5 特定の量子数を持つベクトル型のレプトクォークが、フレーバーまたは電弱精度制約に反しない範囲で、B異常と(g-2)μの両方を説明できるか？

主な発見

• 新しい物理学が第3世代にのみ作用し、次元6のオペレーターで記述される単純なベンチマークモデルは、電弱放射修正によって除外される。
• 中性カレント異常（R(K*)およびR(K)）を同時に適合させるためには、パラメータλ²ₑ₂が負値をとる必要があり、これはフレーバー構造が一般化されない限り、仮定されたフレーバーパターンと整合しない。
• 電荷カレント異常（R(D*)およびR(D)）は、Λ ≈ 5 TeV、θd ≈ 1、θe ≪ αem で説明可能であるが、中性カレント異常にはΛ ≈ 30 TeVおよびθe ≈ 1が必要となる。
• 放射修正はΛ²に反比例するため、Λ > 数TeVでは効果が無視可能になり、フレーバー構造が適切に修正されればモデルは依然として妥当である。
• ベクトル型のレプトクォーク（例：U1=(3,1,+2/3)）を含むUV完全モデルは異常を再現可能だが、U1の質量を100 TeVからTeVスケールに下げるには、非最小的なフレーバー構造が必要となる。
• スカラーおよびテンソル型のレプトクォーク（例：S₁およびR₂）は、(g-2)μにチャイラルに強化された寄与を生成でき、後者の寄与は、τおよびμへのカップリングが同等の場合、現在の実験感度に達する可能性がある。