[論文レビュー] Effect of scalar leptoquarks on the lepton flavor violation decays of B meson

Jin-Huan Sheng, Ru-Min Wang+1 more|arXiv (Cornell University)|May 14, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 32被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、実験的ブランチ比上限からの制約を用いて、スカラー簡易クォークがレプトンフラバー非保存の希少なB中間子崩壊に与える影響を調査している。具体的には、$B \to K^{(*)}\ell_i^- au_j^+$（$i \neq j$）の過程を対象としており、その結果、スカラー簡易クォークの寄与が二レプトン質量スペクトルや角度的非対称性といった観測量に顕著に影響を与え、LHCbにおける標準模型を超える新しい物理を探索するための特徴的なシグネチャを提供することが示された。

ABSTRACT

Leptoquarks have been suggested to solve a variety of discrepancies between the expected and observed phenomenon. In this paper, we investigate the effect of scalar leptoquarks on the lepton flavor violating B meson rare decays which involve the quark level transition $\bar{b} o \bar{s} \ell^-_i \ell^+_j(i eq j)$. The leptoquark parameter space is constrained by using the recently measured upper limits on the $\mathcal{B}(B_s^0 o \ell^-_i \ell^+_j)$ and $\mathcal{B}(B o K^{(*)}\ell^-_i \ell^+_j)$. Using such constrained leptoquark parameter space, some relevant physical quantities are also predicted and we find that the constrained New Physics parameters in the leptoquark model have very obvious effects on the relevant physical quantities in this paper. With future measurements of observable in $B o K^{(*)}\ell^-_i \ell^+_j$ decays at the LHCb, more and more differentiated from the other NP explanations could be tested.

研究の動機と目的

• 標準模型を超えたレプトンフラバー非保存$ b \to s\ell_i^-\ell_j^+ $崩壊を媒介するスカラー簡易クォークの役割を検討すること。
• 最近の実験的上限、$\mathcal{B}(B_s^0 \to \ell_i^-\ell_j^+)$および$\mathcal{B}(B \to K^{(*)}\ell_i^-\ell_j^+)$を用いて、簡易クォークのパラメータ空間を制約すること。
• 二レプトンの不変質量スペクトル、レプトンの偏光非対称性、および前後非対称性といった主要な観測量に対する、制約された簡易クォーク結合の影響を予測すること。

提案手法

• スカラー簡易クォークの$SU(3)\times SU(2)\times U(1)$量子数、特に$X=(3,2,7/6)$および$X=(3,2,1/6)$を有する有効ラグランジアンを構築し、$b \to s\ell_i^-\ell_j^+$遷移をモデル化すること。
• スカラー簡易クォーク交換を含む一次フォトン図のフェルミオンのヘリシティ振幅を導出する。$B \to K$および$B \to K^*$崩壊を対象とする。
• ハドロン的フォーム因子$A_1, A_2, V, A_0$を組み込んだ、二重微分的崩壊断面積$d^2\Gamma/ds\,d\cos\theta$を計算する。
• Fierz変換およびヘリシティ振幅形式を用いて、崩壊断面積を$|G_{LQ}|^2$、$h_{m,n}$およびハドロン的カレント成分の関数として表現する。
• $\mathcal{B}(B_s^0 \to \ell_i^-\ell_j^+)$および$\mathcal{B}(B \to K^{(*)}\ell_i^-\ell_j^+)$の実験的上限を適用し、簡易クォーク結合の積を制約する。
• ブランチ比および角度的観測量について数値解析を実施し、簡易クォーク寄与の下での予測を標準模型の期待値と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スカラー簡易クォークは、$i \neq j$を満たす$B \to K^{(*)}\ell_i^-\ell_j^+$崩壊における二レプトン不変質量スペクトルにどのように影響を与えるか？
• RQ2 スカラー簡易クォークの寄与は、これらの崩壊におけるレプトンの縦方向偏光非対称性にどの程度影響を与えるか？
• RQ3 実験的制約下で、スカラー簡易クォーク交換が$B \to K^{*}\ell_i^-\ell_j^+$の前後非対称性を顕著に変化させる可能性はどの程度か？
• RQ4 二つのスカラー簡易クォークモデル（$X=(3,2,7/6)$および$X=(3,2,1/6)$）において、$B \to K^{(*)}\ell_i^-\ell_j^+$崩壊の予測はどのように異なるか？
• RQ5 LHCbが、将来的なこれらの観測量の測定を通じて、スカラー簡易クォーク寄与を他の新しい物理モデルと区別できる可能性は何か？

主な発見

• 制約された簡易クォークパラメータ空間は、特に低$q^2$領域において二レプトン不変質量スペクトルに顕著なずれを引き起こし、新しい物理効果に対する高い感受性を示している。
• 縦方向レプトン偏光非対称性は、スカラー簡易クォーク寄与により測定可能な程度に増幅され、特に$B \to K^*\ell_i^-\ell_j^+$崩壊チャネルで顕著である。
• 前後非対称性は、簡易クォークモデルおよびヘリシティ状態に依存した形で変化し、識別に特徴的なシグネチャを提供する。
• $X=(3,2,7/6)$モデルは、$X=(3,2,1/6)$モデルよりも崩壊断面積に大きな寄与を示し、特に$\lambda_{\ell_i} = \lambda_{\ell_j} = \pm 1/2$ヘリシティ状態で顕著である。
• 制約された簡易クォークパラメータ下での$B \to K^{(*)}\ell_i^-\ell_j^+$の予測ブランチ比は、現在の実験的上限の範囲内にあり、将来的なLHCbランでテスト可能である。
• 本研究は、$B \to K^{(*)}\ell_i^-\ell_j^+$崩壊における角度的観測量の高精度測定が、スカラー簡易クォークモデルと他の新しい物理のシナリオを区別可能であることを示している。