[論文レビュー] Invoking Chiral Vector Leptoquark to explain LFU violation in B Decays

Bhavesh Chauhan, Bharti Kindra|arXiv (Cornell University)|Sep 27, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 25被引用数 27

ひとこと要約

本論文は、B中間子崩壊における複数の軽レプトンフラバー不変性（LFU）違反、特にLHCbが報告したR_{J/ψ} ≈ 0.71、R_D^{(*)}、R_{K^{(*)}}の異常を説明するため、キラルなベクトルレプトクォーク（U₁）モデルを提案する。このモデルは、左側のカップリングの特定のテクスチャを用いて、実験的不確実性の範囲内ですべての異常を同時に適合させるとともに、レア崩壊およびフラバー違反過程からの制約を満たす。

ABSTRACT

LHCb has recently reported more than $2σ$ deviation from the Standard Model prediction in the observable $R_{J/ψ}$. We study this anomaly in the framework of a vector leptoquark along with other lepton flavor universality violating measurements which include $R_{K^{(*)}}$, and $R_{D^{(*)}}$. We show that a chiral vector leptoquark can explain all the aforementioned anomalies consistently while also respecting other experimental constraints.

研究の動機と目的

• LHCbが報告したR_{J/ψ} = BR(B_c⁺ → J/ψ τ⁺ ν_τ)/BR(B_c⁺ → J/ψ μ⁺ ν_μ)の最近の2σのずれを説明すること。
• B崩壊における複数のLFU違反異常、すなわちR_D、R_D^{*}、R_K、R_K^{*}を一貫して説明すること。
• BR(B_s → μ⁺μ⁻)およびBR(B → τν)の既存の実験的制約と両立すること。
• ベクトルレプトクォークモデルが、電荷をもつ過程（b → cτν）と中性荷をもつ過程（b → sμ⁺μ⁻）の両方の異常を同時に説明できるかどうかを検討すること。
• (g-2)_μ、τ → μγ、およびD_q⁺ → τν における寄与が無視可能であるかを検証することで、モデルの妥当性を検証すること。

提案手法

• SU(3)_c × U(1)_B−L × U(1)_Y における (3,1,2/3) の変換性を持つベクトルレプトクォークU₁を採用し、左側のカップリングを介して相互作用を記述する。
• 左側カップリング行列g_L^0に特定のテクスチャを仮定し、第二および第三世代にのみ非ゼロの成分を持つことで、b → cτνおよびb → sμ⁺μ⁻遷移を可能にする。
• CKM行列およびPMNS行列を用いてカップリングを質量固有状態基底に回転させ、崩壊振幅の計算を可能にする。
• R_{J/ψ} の計算には[3, 35]のフォーム因子を用い、ハドロン行列要素を適切に扱う。
• 実験データに対するグローバルフィットを実施し、R_{J/ψ} には2σの不確実性、R_D^{(*)}およびR_{K^{(*)}} には1σの不確実性を許容する。
• BR(B_s → μ⁺μ⁻) = 2.8⁺⁰.⁷₋₀.⁶ × 10⁻⁹ および BR(B → τν) = (1.14 ± 0.27) × 10⁻⁴ の制約を含め、モデルの妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1つのベクトルレプトクォークモデルが、R_{J/ψ}、R_D^{(*)}、R_{K^{(*)}} の観測されたずれを同時に説明できるか。
• RQ2 BR(B_s → μ⁺μ⁻) や (g-2)_μ といった他の高精度なフラバーおよび電弱制約と、モデルが両立するか。
• RQ3 ベクトルレプトクォークのキラルカップリングが、電荷をもつ過程と中性荷をもつB崩壊過程の間の相互作用に与える影響は何か。
• RQ4 測定値に基づくR_{J/ψ}の異常は、重いクォークスピン対称性の予測と整合するか、R_D^{(*)} の測定値と一致するか。
• RQ5 すべての異常を実験的不確実性の範囲で同時に適合できるレプトクォークカップリングの許容パラメータ空間は何か。

主な発見

• モデルは、測定値0.71 ± 0.17 ± 0.18 のR_{J/ψ}を成功裏に説明しており、これは標準模型の予測値0.289 ± 0.010 から2σずれている。
• 同じレプトクォークモデルは、R_D = 0.403 ± 0.040 ± 0.024 および R_D^{*} = 0.310 ± 0.015 ± 0.008 を同時に適合させており、それぞれ標準模型予測から約2.2σおよび3.4σずれている。
• モデルはR_K^{(*)}の異常にも対応しており、低および中央のq²領域におけるR_K^{(*)}の値は、標準模型予測から2.1–2.5σずれている。
• λ₃ = 2およびλ₃ = 3の許容パラメータ空間は図1に可視化されており、1–2σの不確実性範囲内ですべての異常と整合的であることが示されている。
• (g-2)_μ、BR(D_q⁺ → τν)、およびBR(τ → μγ) における寄与は無視可能であることが判明し、モデルが既存の制約と両立していることが保証された。
• モデルは一次の重いクォークスピン対称性を満たしているが、R_{J/ψ} の測定不確実性が大きく、1σ範囲内でR_{J/ψ}とR_D^{(*)} の測定値が完全に一致しない。