[論文レビュー] Generic Loop Effects of New Scalars and Fermions in $b o s\ell^+\ell^-$, $(g-2)_\mu$ and a Vector-like $4^{ m th}$ Generation

Pere Arnan, Andreas Crivellin+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 11, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 69被引用数 15

ひとこと要約

この論文は、新しいスカラーおよびフェルミオンのループ効果を用いて、$B \to K^{(*)}\mu^+\mu^-$および$(g-2)_\mu$の異常を説明する汎用的なフレームワークを提案する。右側の標準模型フェルミオンへの結合を含む。UV完全なモデルとして、ベクトル型の第4世代と実スカラー場を備えたモデルが、$B_s$混合およびLHC探索の制約を満たしつつ、両方の異常を同時に適合させることを示しており、グローバルフィットでは右側の結合が好まれる。

ABSTRACT

In this article we investigate in detail the possibility of accounting for the $b o s\ell^+\ell^-$ and $(g-2)_\mu$ anomalies via loop contributions involving with new scalars and fermions. For this purpose, we first write down the most general Lagrangian which can generate the desired effects and then calculate the generic expressions for all relevant $b o s$ Wilson coefficients. Here we extend previous analysis by allowing that the new particles can also couple to right-handed Standard Model (SM) fermions as preferred by recent $b o s\ell^+\ell^-$ data and the anomalous magnetic moment of the muon. In the second part of this article we illustrate this generic approach for a UV complete model in which we supplement the Standard Model by a $4^{ m th}$ generation of vector-like fermions and a real scalar field. This model allows one to coherently address the observed anomalies in $b o s\ell^+\ell^-$ transitions and in $a_\mu$ without violating the bounds from other observables (in particular $B_s -\bar B_s$ mixing) or LHC searches. In fact, we find that our global fit to this model, after the recent experimental updates, is very good and prefers couplings to right-handed SM fermions, showing the importance of our generic setup and calculation performed in the first part of the article.

研究の動機と目的

• 新しいスカラーおよびフェルミオンのループ寄与を$B \to K^{(*)}\mu^+\mu^-$および$(g-2)_\mu$の異常へと捉える汎用的なラグランジアンフレームワークを構築すること。
• 最新の実験的データが好む右側の標準模型フェルミオンへの結合を含めることで、これまでの分析を拡張すること。
• ベクトル型の第4世代と実スカラー場を備えたUV完全なモデルを構築し、両方の異常を一貫して説明すること。
• $B_s - \bar{B}_s$混合およびLHC探索からの既存の制約と整合性を保つこと。

提案手法

• ループ図を通じて$b \to s\mu^+\mu^-$および$(g-2)_\mu$遷移の関連するウィルソン係数を生成する、最も一般な有効ラグランジアンを導出すること。
• 新しいスカラーおよびフェルミオン状態を含む、すべての関連するウィルソン係数の一般式を計算し、右側の結合を含むこと。
• 標準模型にベクトル型の第4世代および実スカラーシングレットを追加することで、UV完全なモデルを構築すること。
• 最新の$B \to K^{(*)}\mu^+\mu^-$および$(g-2)_\mu$の更新データを含め、$B_s - \bar{B}_s$混合およびLHC探索からの制約を課した上で、モデルのグローバルフィットを実行すること。
• 汎用的なフレームワークを用いて、モデルの整合性を検証し、好まれる結合構造を同定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 汎用的な有効場理論フレームワークは、新しいスカラーおよびフェルミオンのループ寄与を通じて、$B \to K^{(*)}\mu^+\mu^-$および$(g-2)_\mu$の両方の異常を記述できるか？
• RQ2 右側の標準模型フェルミオンへの結合を含めることで、左側の結合と比較して$B \to K^{(*)}\mu^+\mu^-$および$(g-2)_\mu$データへのフィットが改善されるか？
• RQ3 ベクトル型の第4世代と実スカラー場を備えたUV完全なモデルは、既存の実験的制約に反しない範囲で、両方の異常を同時に説明できるか？
• RQ4 最新の実験的更新を反映した後、そのようなモデルのグローバルフィットの質はいかがなっているか？

主な発見

• 汎用フレームワークは、新しいスカラーおよびフェルミオンのループ寄与が$b \to s\mu^+\mu^-$および$(g-2)_\mu$に与える影響を、かつて軽視されがちだった右側の結合を含めて、うまく捉えている。
• 右側の結合を含めることで、最新の実験的結果が好むように、$B \to K^{(*)}\mu^+\mu^-$および$(g-2)_\mu$データへのフィットが顕著に改善された。
• ベクトル型の第4世代と実スカラー場を備えたUV完全なモデルは、許容されるパrameter空間内で、両方の異常を一貫して説明できる。
• モデルは$B_s - \bar{B}_s$混合およびLHC探索からの制約と整合しており、物性論的フレームワークとしての妥当性を示している。
• 最新の実験的更新を反映したモデルのグローバルフィットは、データと良好な一致を示しており、このモデルが新しい物理学の有力候補であることが示唆される。