[論文レビュー] Deforming the Third Family Hypercharge Model for Neutral Current $B-$Anomalies

B. C. Allanach, Joe Davighi|arXiv (Cornell University)|May 24, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 26被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、家族に依存するU(1)_Fゲージ対称性を導入し、第二族レプトンに非ゼロの電荷を割り当てることで変形された第三族ハイパーチャージモデルを提案する。第三族レプトンの電荷を変更することで異常自由を維持する。このモデルは、摂動的レベルでボトムおよびトップのヨーグ・カップリングのみを生成し、Z′ボソンが (bs)(μμ) 有効頂点を媒介する。C9 = -9C10 であり、0.8 TeV < M_Z′ < 12.5 TeV の範囲で、レプトンフラバー違反の制約や直接的なZ′探索の制約に違反しない形でB中間子の異常を適合させる。

ABSTRACT

We consider a deformation of the Third Family Hypercharge Model, which arguably makes the model more natural. Additional non-zero charges of the spontaneously broken, family-dependent $U(1)_F$ gauge symmetry are assigned to the second family leptons, and the third family leptons' charges are deformed away from their hypercharges in such a way that the $U(1)_F$ gauge symmetry remains anomaly-free. Second family $U(1)_F$ lepton charges allow a $Z^\prime$ coupling to muons without having to assume large charged lepton mixing, which risks violating tight lepton flavour violation bounds. In this deformed version, only the bottom and top Yukawa couplings are generated at the renormalisable level, whereas the tauon Yukawa coupling is absent. The $Z^\prime$ mediates a beyond the Standard Model contribution to an effective $(\bar b s) (\bar \mu \mu)$ vertex in the combination $C_9=-9C_{10}$ and is able to fit the apparent discrepancy between Standard Model predictions in flavour changing neutral-current $B-$meson decays and their measurements, whilst simultaneously avoiding current constraints from direct $Z^\prime$ searches and other measurements, when $0.8 ext{TeV} < M_{Z^\prime} < 12.5 ext{TeV}$.

研究の動機と目的

• B→K*μμおよびB→Kμμ崩壊における持続的なB中間子フラバー異常を解消すること。
• 異常自由を保ちつつ第三族ハイパーチャージを変形することで、より自然なモデルを構築すること。
• 大きな荷電レプトン混合が生じるのを回避し、それによって強いレプトンフラバー違反の制約を避けること。
• 摂動的レベルでボトムおよびトップのヨーグ・カップリングのみを生成し、タウ粒子のヨーグ・カップリングを除外すること。
• C9 = -9C10 であるZ′ボソンを介した (bs)(μμ) 有効相互作用を実現し、実験的異常と適合させること。

提案手法

• 第二族レプトンに非ゼロの電荷を割り当てる家族依存のU(1)_Fゲージ対称性を導入する。
• 標準ハイパーチャージとは異なる第三族レプトンのハイパーチャージ割り当てを変形するが、異常キャンセレーションを維持する。
• 摂動的レベルでボトムおよびトップクォークにのみヨーグ・カップリングが生じるよう保証し、タウ粒子のカップリングはループ効果によって生成されるようにする。
• 第二族レプトン電荷を通じてミュオンに結合するZ′ボソンを構築し、大きな混合角を避ける。
• Z′交換を通じて有効 (bs)(μμ) 相互作用を実装し、有効ハミルトニアンで C9 = -9C10 を得る。
• 直接Z′探索およびレプトンフラバー違反制約との整合性を確認するための物性論的解析を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 家族依存の電荷を有する変形U(1)_Fモデルは、大きな荷電レプトン混合を必要とせずにB中間子異常を説明できるか？
• RQ2 第三族ハイパーチャージを変形しながらも、異常自由をどのように維持できるか？
• RQ3 摂動的レベルでタウ粒子ヨーグ・カップリングを除外することで、モデルの物性論的性質にどのような影響を与えるか？
• RQ4 Z′ボソンが C9 = -9C10 である (bs)(μμ) 頂点を媒介しつつ、直接検出およびLFV制約を回避できるか？
• RQ5 すべての現在の実験的制約を満たすZ′ボソンの妥当な質量範囲は何か？

主な発見

• モデルは、C9 = -9C10 であるZ′ボソンを介した (bs)(μμ) 有効相互作用を成功裏に生成し、好ましい異常適合パターンと一致する。
• Z′ボソンは第二族レプトン電荷を通じてミュオンに結合し、大きな荷電レプトン混合を必要としないため、レプトンフラバー違反の制約を回避する。
• タウ粒子ヨーグ・カップリングは摂動的レベルで存在せず、ボトムおよびトップクォークにのみ直接的に付与される。
• Z′質量が 0.8 TeV < M_Z′ < 12.5 TeV の範囲にある限り、直接Z′探索および他の制約と整合性を保つ。
• すべてのフェルミオン、特に変形された第三族レプトン電荷に適切なU(1)_F電荷を割り当てることで、異常キャンセレーションが保たれる。
• 微調整やフラバー変換の複雑さを導入することなく、B異常適合の自然な実現が可能である。