[論文レビュー] Lepton-flavor universality violation in $R_{D^{(*)}}$ and $R_K$ from warped space

Eugenio Megías, M. Quirós+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 36被引用数 16

ひとこと要約

この論文は、BaBar、LHCb、Belle合同研究機関が観測した $R_{D^{(*)}}$ および $R_K$ 異常における軽レプトンフラバー不変性の破れを説明するため、左巻きのボトムクォークおよびタウレプトンの強い複合性を持つねじれた追加次元モデルを提案する。このモデルは、すべての電弱、フラバー、直接探索の制約を同時に満たしつつ、標準模型を越えて $\bar{B} \to \bar{K} \mu\mu$ および $\bar{B} \to \bar{K} \mu\mu$ の分岐比を増強すると予測する。

ABSTRACT

Some anomalies in the processes $b o s\ell\ell$ ($\ell=\mu,e$) and $b o c \ell\bar u_\ell$ ($\ell= au,\mu,e$), in particular in the observables $R_{D^{(\ast)}}$ and $R_K$, have been found by the BaBar, LHCb and Belle Collaborations, leading to a possible lepton flavor universality violation. If these anomalies were confirmed they would inevitably lead to physics beyond the Standard Model. In this paper we provide an explanation of the present anomalies in an extra dimensional theory, solving the naturalness problem of the Standard Model by means of a warped metric with a strong conformality violation near the infra-red brane. All anomalies can be accommodated provided that the left-handed bottom quark and tau lepton have a strong, and the left-handed muon lepton a mild, degree of compositeness in the dual theory. The theory is consistent with all electroweak and flavor observables, and with all direct searches of Kaluza-Klein electroweak gauge bosons and gluons. The fermion spectrum, and fermion mixing angles, can be reproduced by mostly elementary right-handed bottom quarks, and tau and muon leptons. In particular the smoking gun for the $R_{D^{(\ast)}}$ anomaly in our model should be a branching ratio generically larger than the Standard Model prediction, for the processes $\bar B o \bar K au au$ and $\bar B o \bar K u\bar u$ although present bounds still leave a wide room in the parameter space.

研究の動機と目的

• BaBar、LHCb、Belle合同研究機関が観測した $R_{D^{(*)}}$ および $R_K$ における持続的な軽レプトンフラバー不変性の破れを説明すること。
• 赤外ブレーン付近での強いコンフォーマル対称性の破れを伴うねじれた幾何学により、階層問題を自然に解消する標準模型の拡張を構築すること。
• カーリー・キーン・ゲージボソンおよびグルーオンの直接探索、電弱精度観測量、フラバー変換中性荷電現在、すべての制約と整合性を保つこと。
• 主に素粒子的右巻きフェルミオンを用いて、フェルミオン質量および混合角を再現すること。
• $R_{D^{(*)}}$ 異常の決定的証拠となるシグネチャを特定すること：$\bar{B} \to \bar{K} \mu\mu$ および $\bar{B} \to \bar{K} \mu\mu$ の分岐比が顕著に増加すること。

提案手法

• 赤外ブレーン付近での強いコンフォーマル対称性の破れを有するねじれた追加次元フレームワークを用いて、フェルミオン質量の階層を動的に生成する。
• 双対的な強い結合場理論において左巻きボトムクォークおよびタウレプトンに強い複合性を導入するが、ミューオンレプトンは弱く複合的とすること。
• AdS/CFT対応を用いて、強い結合ダイナミクスを複合状態および修正された結合定数を持つ4次元有効理論に写像する。
• 素粒子的右巻きフェルミオンと複合状態の微小な混合を用いて、フェルミオンスペクトルおよび混合角を構築する。
• カーリー・キーンモードおよび複合セクターの寄与から、有効 $b \to s \ell\ell$ および $b \to c \ell\ell$ 演算子のウィルソン係数を計算する。
• 電弱精度テストおよび直接探索の制約を課しつつ、$R_{D^{(*)}}$ および $R_K$ に対するモデルの予測を実験データと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強い複合性を有するねじれた追加次元モデルは、既存のフラバーまたは電弱制約に反することなく、$R_{D^{(*)}}$ および $R_K$ 異常を説明できるか？
• RQ2 観測された異常を説明するため、左巻きボトムクォークおよびタウレプトンにどの程度の複合性が要求されるか？
• RQ3 このモデルにおける $\bar{B} \to \bar{K} \mu\mu$ および $\bar{B} \to \bar{K} \mu\mu$ の分岐比の予測は、標準模型とどのように異なるか？
• RQ4 主に素粒子的右巻きフェルミオンを仮定することで、フェルミオン質量および混合角をこの枠組みで一貫して再現できるか？
• RQ5 このモデルを標準模型および他のBSM状況から区別するための主要な実験的シグネチャは何か？

主な発見

• モデルは、左巻きボトムクォークおよびタウレプトンが強い複合性を示す中で、$R_{D^{(*)}}$ および $R_K$ 異常を測定範囲内にうまく説明する。
• 左巻きミューオンレプトンはわずかな複合性しか持たず、これがフラバー変換過程への寄与を抑制する。
• 電弱精度観測量、フラバー変換中性荷電現在、カーリー・キーンゲージボソンおよびグルーオンの直接探索と、すべての制約を満たす。
• 主に素粒子的右巻きボトムクォークおよびタウレプトン・ミューオンレプトンを仮定することで、フェルミオンスペクトルおよび混合角が再現される。
• モデルは、$\bar{B} \to \bar{K} \mu\mu$ および $\bar{B} \to \bar{K} \mu\mu$ の分岐比を、標準模型の予測よりも一般的に大きく予測し、重要な実験的テストを提供する。
• 現在の実験的制約にもかかわらず、特に $\bar{B} \to \bar{K} \mu\mu$ の崩壊モードにおいて、広いパラメータ空間の領域が妥当である。