[論文レビュー] Novel collider signature of $U_1$ Leptoquark and $B o \pi$ observables

Aritra Biswas, Dilip Kumar Ghosh+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 52被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、陽子-陽子衝突におけるベクトルレプトクォーク（$U_1$）のマルチジェット + 残り横断的エネルギー（$ \mET$）のサーベイを調査し、それが木レベルで電荷を帯びたおよび中性のカレント $b \to c$ および $b \to s$ 遷移を媒介する可能性を示している。LHCにおける $U_1$ レプトクォークの95%信頼区間の除外限界を導出し、$B \to \pi$ 実験的観測量に与える影響を評価し、今後の発見のための重要なベンチマークを提供する。

ABSTRACT

One of the most popular models that is known to be able to solve the lepton flavour universality violating charged ($b o c$) and neutral current ($b o s$) anomalies is the Leptoquark Model. However, collider searches for such leptoquarks till date are only restricted towards their scalar counterpart. In this work we examine the {\it multijet} + $\mET$ collider signatures of a vector leptoquark ($U_1$) which has the potential to mediate both the charged and neutral current processes at tree level. From our collider analysis we derive the exclusion mass limits for the $U_1$ leptoquark at 95\% C.L. at the current and future experiment of Large Hadron Collider. We also calculate the effect of such a leptoquark in $B o\pi$ observables. These can be used as further benchmarks if a hint towards the presence of such a leptoquark is discovered.

研究の動機と目的

• 木レベルでの電荷を帯びたおよび中性のカレント $b \to c$ および $b \to s$ 遷移を媒介できるベクトルレプトクォーク（$U_1$）のコライダー・サインチャを調査すること。
• 現在および将来の大型ハドロンコライダーにおける $U_1$ レプトクォークの95%信頼区間の除外限界を導出すること。
• $U_1$ レプトクォークが $B \to \pi$ 実験的観測量に与える影響を評価し、実験的検証の補足的ベンチマークとしての役割を検討すること。

提案手法

• LHCにおけるマルチジェット + 残り横断的エネルギー（$\mET$）最終状態に焦点を当てたコライダー効果論的解析を実施する。
• 木レベルでの $U_1$ レプトクォークがクォークおよびレプトンと結合する様子を有効場理論の手法を用いてモデル化する。
• 信号イベントの生成と背景プロセスのシミュレーションを、信号領域解析のためにモンテカルロシミュレーションを用いて実施する。
• マルチジェット + $\mET$ トポロジーにおける信号感度を向上させるために、運動量的カットおよび選別基準を適用する。
• 有効ハミルトニアン形式を用いて、$U_1$ レプトクォークが $B \to \pi$ 衰え観測量に与える寄与を計算する。
• 理論的予測を実験的制約と比較し、除外限界およびベンチマーク観測量を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ベクトルレプトクォーク（$U_1$）は、木レベルの結合を通じて、電荷を帯びたおよび中性のカレント $b \to c$ および $b \to s$ 異常を同時に説明できるか？
• RQ2 LHCにおける $U_1$ レプトクォークの有効なマルチジェット + $\mET$ コライダー・サインチャは何か？
• RQ3 現在および将来のLHCにおける $U_1$ レプトクォーク質量の95%信頼区間の除外限界は何か？
• RQ4 $U_1$ レプトクォークの寄与は、Br（branching fractions）や前後方向非対称性を含む $B \to \pi$ 衰え観測量にどのように影響を与えるか？
• RQ5 もしコライダー探索で発見された場合、$B \to \pi$ 観測量は $U_1$ レプトクォークの存在を検証する独立したベンチマークとして機能できるか？

主な発見

• $U_1$ ベクトルレプトクォークは、木レベルで電荷を帯びたおよび中性のカレント $b \to c$ および $b \to s$ 遷移を媒介でき、$boc$ および $bos$ 異常を統一的に説明する。
• マルチジェット + $\mET$ 最終状態は、LHCにおける $U_1$ レプトクォークを探査するための実現可能なコライダー・サインチャを提供する。
• 現在および将来のLHCの光度に対して、$U_1$ レプトクォーク質量の95%信頼区間の除外限界が導出された。
• $U_1$ レプトクォークは、標準模型以外の寄与を $B \to \pi$ 衰え観測量に与え、補足的な実験的ベンチマークとして機能する。
• このモデルは、将来的なフレーバーフィジックス実験でテスト可能な、$B \to \pi$ 観測量における測定可能なずれを予測する。