[論文レビュー] Rare B decays in the flip SU(5) Model

Tianjun Li, Dimitri V. Nanopoulos+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 24, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、TeVスケールの規約的クォークを伴うFlipped SU(5)×U(1)XモデルにおけるレアなB崩壊を調査し、これらのクォークが樹形レベルで$\bar{b}sZ$相互作用を誘導し、$B\to X_s\gamma$および$B\to X_s\ell^+\ell^-$における非分解効果を引き起こすことを示している。その結果、$B_s\to\ell^+\ell^{-}\gamma$の分岐比は$(4\sim 5)\times 10^{-8}$に達する可能性があり、これはLHCbでテスト可能である。

ABSTRACT

In the testable Flipped $SU(5) imes U(1)_X$ model with TeV-scale vector-like particles from F-theory model building dubbed as the flip SU(5) model, we study the vector-like quark contributions to B physics processes, including the quark mass spectra, Feynman rules, new operators and Wilson coefficients, etc. We focus on the implications of the vector-like quark mass scale on B physics. We find that there exists the $\bar{s}bZ$ interaction at tree level, and the Yukawa interactions are changed. Interestingly, different from many previous models, the effects of vector-like quarks on rare B decays such as $B o X_sγ$ and $B o X_s\ell^+\ell^-$ do not decouple in some viable parameter space, especially when the vector-like quark masses are comparable to the charged Higgs boson mass. Under the constraints from $B o X_sγ$ and $\ B o X_s\ell^+\ell^-$, the latest measurement for $B_s o μ^+μ^-$ can be explained naturally, and the branching ratio of $B_s o \ell^+\ell^-γ$ can be up to $(4\sim5) imes10^{-8}$. The non-decouling effects are much more predictable and thus the \fsu5 model may be tested in the near future experiments.

研究の動機と目的

• TeVスケールの規約的クォークが$φ$-SU(5)モデルにおけるレアB崩壊に与える影響を調査すること。
• このモデルにおけるクォーク質量スペクトル、ファインマン則、有効ハミルトニアン作用素を導出すること。
• 規約的クォークの質量がレアB崩壊のウィルスン係数および分岐比に与える影響を検討すること。
• $B\to X_s\gamma$、$B\to X_s\ell^+\ell^-$、および$B_s\to\mu^+\mu^-$からの実験的制約とモデルを照合すること。
• 近い将来のLHC実験、特にLHCbにおいて、モデルの予測可能性とテスト可能性を評価すること。

提案手法

• $φ$-SU(5)モデルの拡張されたゲージおよびヤコビ構造からクォーク質量スペクトルとファインマン則を導出すること。
• 低エネルギー有効ハミルトニアンを構築し、非ユニタリな5×5クォーク混合に起因して新しい作用素$O_9'$と$O_{10}'$を導入すること。
• ループ関数$A(x)$、$B(x)$、$C(x)$などを用いて、ベクトル的クォークおよび荷電ヒッグスの寄与を組み込み、マッチングスケールでのウィルスン係数を計算すること。
• $B\to X_s\gamma$、$B\to X_s\ell^+\ell^-$、および$B_s\to\mu^+\mu^-$からの制約を実装し、パラメータ空間を制限すること。
• 妥当なパラメータセット下で$B_s\to\ell^+\ell^{-}\gamma$の分岐比を数値的に計算すること。
• 予測結果を実験的上限と比較し、LHCbにおける観測可能な信号領域を同定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $φ$-SU(5)モデルは、規約的クォークに起因して樹形レベルの$\bar{b}sZ$相互作用を生成するか？
• RQ2 規約的クォークの質量が、特に荷電ヒッグスボゾン質量と同等のとき、レアB崩壊におけるウィルスン係数にどのように影響を与えるか？
• RQ3 特定のパラメータ選択のもとで、このモデルは最新の$B_s\to\mu^+\mu^-$分岐比測定値を実験的制約内に自然に説明できるか？
• RQ4 併合制約下で$B_s\to\ell^+\ell^{-}\gamma$の最大予測分岐比は何か？
• RQ5 レアB崩壊における規約的クォークの非分解効果は、LHCbにおける実験的テストに十分に予測可能か？

主な発見

• $φ$-SU(5)モデルは、規約的クォークに起因して樹形レベルの$\bar{b}sZ$相互作用を有し、有効ハミルトニアンの構造を変更する。
• 規約的クォークの寄与は、その質量が荷電ヒッグスボゾン質量と同等のとき、$B\to X_s\gamma$および$B\to X_s\ell^+\ell^-$のようなレアB崩壊において非分解効果を示す。
• 特定のパラメータ選択のもとで、このモデルは最新の実験的測定値$B_s\to\mu^+\mu^-$分岐比を自然に説明できる。
• 妥当なパラメータ空間において、$B_s\to\ell^+\ell^{-}\gamma$の分岐比は最大$(4\sim 5)\times 10^{-8}$に達する。
• 非分解効果は非常に予測可能であり、近い将来のLHCb実験で探査可能である。特に分岐比が$10^{-8}$を超える場合に顕著である。
• このモデルはランダウ極を回避し、非ユニタリな$5\times5$クォーク混合行列を有する。これは標準模型の2HDMや他のSM拡張とは明確に区別される。