[論文レビュー] Complete Lagrangian and Set of Feynman Rules for Scalar Leptoquarks

Andreas Crivellin, Luc Schnell|arXiv (Cornell University)|May 11, 2021

Computational Physics and Python Applications被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、自己相互作用、標準模型（SM）結合、ゲージ・ヒッグス相互作用を含めた、5つのスカラー軽子クォーク（LQ）表現 Φ₁、Φ̃₁、Φ₂、Φ̃₂、Φ₃ に対する完全で公開可能なラグランジアンおよびフェルミオン則を提示する。FeynRules を用いて、自動化された素性物理学的解析に適したモデルファイルを生成し、R(D*)、b→sℓ⁺ℓ⁻、およびミュオンの g−2 におけるフレーバー異常を統合的に分析可能にする。

ABSTRACT

Leptoquarks (LQs) have attracted increasing attention within recent years, mainly since they can explain the flavor anomalies found in $R(D^{(*)})$, $b ightarrow s \ell^+ \ell^-$ transitions and the anomalous magnetic moment of the muon. In this article, we lay the groundwork for further automated analyses by presenting the complete Lagrangian and the corresponding set of Feynman rules for scalar leptoquarks. This means we consider the five representations $\Phi_1, \Phi_{ ilde1}, \Phi_2, \Phi_{ ilde2}$ and $\Phi_3$ and include the triple and quartic self-interactions, as well as couplings to the Standard Model (SM) fermions, gauge bosons and the Higgs. The calculations are performed using FeynRules and all model files are publicly available online at https://gitlab.com/lucschnell/SLQrules.

研究の動機と目的

• すべての5つの表現（Φ₁、Φ̃₁、Φ₂、Φ̃₂、Φ₃）とそれらの相互作用を含む、統一的かつ完全なスカラー軽子クォークモデルの提供。
• 複数のLQ表現を同時に解析できる自動化ツールの必要性に対応し、特にフレーバー異常を説明するためのもの。
• FeynArtsおよびMadGraphで使用可能なFeynRules互換のモデルファイルの生成と公開。
• コライダー素性物理学におけるLQ媒介過程の振幅および断面積の体系的・自動化された計算を可能にする。
• R(D*)、b→sℓ⁺ℓ⁻遷移、およびミュオンの異常磁気モーメントへの軽子クォーク寄与の精密な研究を支援する。

提案手法

• 質量項、運動項、ヒッグス結合、ゲージボソン相互作用、フェルミオン結合に加え、三重および四重の自己相互作用を含む、完全なスカラーLQラグランジアンの構築。
• FeynRulesを用いたモデル実装により、FeynArtsおよびMadGraphで直接使用可能なMODおよびUFOモデルファイルの生成。
• ローレンツ不変かつゲージ共変な構成を用いてすべての相互作用を導出。ヘリシティおよび電荷共役の丁寧な取り扱いを実施。
• 外部状態、伝播関数、頂点に対して、すべてのフェルミオン状態（電荷共役を含む）およびゴルドストーンボソンを含めたフェルミオン則を体系的に導出。
• ヤコビ、ゲージ、ヒッグス、自己相互作用のすべての結合定数に対して明示的な式を含み、適切な群論的およびローレンツ構造を備える。
• 全モデルはGitLabにホスティングされ、CC BY 4.0ライセンスを適用しており、完全な再現性と自動化解析パイプラインへの統合を保証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 すべての5つのスカラー軽子クォーク表現を、完全な自己相互作用構造を含む1つの統一ラグランジアンに一貫して統合する方法は何か？
• RQ2 スカラー軽子クォークの完全なフェルミオン則は何か？ これにはSMフェルミオン、ゲージボソン、ヒッグス、ゴルドストーンボソンへの結合を含む。
• RQ3 このようなモデルをFeynArtsやMadGraphなどの自動化計算ツールに体系的に実装する方法は何か？
• RQ4 三重および四重のLQ自己相互作用が、フレーバー物理学における素性観測量に与える影響は何か？
• RQ5 ゲージ不変性およびユニタリティを保証するために、LQ振幅における電荷共役フェルミオン状態を一貫して取り扱う方法は何か？

主な発見

• すべての5つの表現（Φ₁、Φ̃₁、Φ₂、Φ̃₂、Φ₃）と完全な自己相互作用項を含む、完全なスカラー軽子クォークラグランジアンが導出・実装された。
• 外部場、伝播関数、頂点のすべてのフェルミオン則が体系的に計算・検証され、電荷共役フェルミオンおよびゴルドストーンボソンを含む。
• モデルファイルは https://gitlab.com/lucschnell/SLQrules にてCC BY 4.0ライセンスで公開され、完全な再現性と自動化ツールへの統合を可能にしている。
• フェルミオン線の矢印およびスピンダー代数を一貫して取り扱った、eνμ → Φ⁻¹ᐟ³₁Φ⁻²ᐟ³₂ のtチャネル上ウクレル交換による振幅の自動計算が可能。
• フレーバー異常であるR(D*)、b→sℓ⁺ℓ⁻、およびミュオンの g−2 の共同解析が、明示的な振幅導出および既存の文献との照合を通じて実証された。
• モデルはFeynArtsおよびMadGraphと完全に互換性があり、スカラー軽子クォークの断面積、崩壊幅、コライダー断面の自動計算を可能にしている。