[論文レビュー] Sources of FCNC in $SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X$ models

J. M. Cabarcas, J. Duarte+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 7被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、$SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X$ モデルにおける1次レベルのフレーバー変換を伴う中性荷電現在（FCNC）を調査し、$Z^\prime$ ボソンの交換、質量固有状態におけるクォーク混合、非ユニバーサルな右巻きカプラリングといった複数の要因を特定する。FCNCは$Z^\prime$ に起因するだけでなく、クォークおよびゲージ場の混合にも起因し、特にレプトンとクォークの世代が非ユニバーサルに扱われる場合に顕著であることを示している。

ABSTRACT

There are different models based on the gauge symmetry $SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X$ (331) some of them includes exotic particles and others are constructed without any exotic charges assigned to the fermionic spectrum. Each model build up on 331 symmetry has its own interesting properties according to the representations of the gauge group used for the fermionic spectrum; that is the main reason to explore and identify the possible sources of flavor changing neutral currents and lepton flavor violation at tree level.

研究の動機と目的

• 1次レベルのフレーバー変換を伴う中性荷電現在（FCNC）のすべての可能な発生源を$SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X$ モデルにおいて特定・分類すること。
• 特にクォークおよびレプトンの世代に対する非ユニバーサルな取り扱いを含む、異なるフェルミオン表現および電荷割り当てがFCNC生成に与える影響を検討すること。
• $Z^\prime$ ボソンおよび$Z$ と$Z^\prime$ の混合がFCNC過程を媒介する役割を分析すること。
• Exotic電荷を持たないモデル（$\beta = \pm 1/\sqrt{3}$）を探索し、クォーク混合および非ユニバーサルな右巻きカプラリングを通じてその特徴的なFCNC寄与を明らかにすること。
• 非ユニバーサルな右巻きカプラリングがレプトンおよびクォークのフレーバー不変性破れに与える影響、特に$Z$ および$Z^\prime$ 相互作用において評価すること。

提案手法

• $\beta = \pm \sqrt{3}$ または $\pm 1/\sqrt{3}$ とすることで、Exotic電荷を有するか否かに応じてモデルを定義する電荷演算子 $Q = T_3 + \beta T_8 + X$ を導出する。
• $SU(3)_L$ 三重項および反三重項を用いてフェルミオンスケーラムを分析し、異なった表現をクォークの世代に割り当てることで異常キャンセリングを満たす。
• $A$、$Z$、$Z^\prime$、$K$ ゲージボソンを含む中性現在のラグランジュアンを構築し、クォークおよびレプトンへの明示的カプラリング $\epsilon^{Z}_{\Psi_{(L/R)}}$、$\epsilon^{Z^\prime}_{\Psi_{(L/R)}}$ を導入する。
• $Z^\prime$ を介する頂点 $\bar{\psi} \gamma_\mu \epsilon^{Z^\prime}_{\psi} P_{L/R} \psi$ を用いてFCNCを評価し、左巻きおよび右巻きカプラリングにおける非ユニバーサル性を示す。
• $Z$ と$Z^\prime$ ゲージボソン間の混合およびそのFCNCへの寄与を検討し、特にクォーク場が質量固有状態基底で表現される場合に注目する。
• 5つまたは4つのアップ型クォークおよびそれに対応するダウン型クォークを持つモデルを検討し、標準的およびExoticクォーク間の混合が1次レベルのFCNCを誘導することを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $Z^\prime$ ボソン以外に、$SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X$ モデルにおける1次レベルFCNCの明確な発生源は何か？
• RQ2 $SU(3)_L$ 表現におけるクォークおよびレプトンの世代に対する非ユニバーサルな取り扱いは、FCNC生成にどのように影響するか？
• RQ3 $Z$ と$Z^\prime$ ゲージボソン間の混合がFCNC過程の媒介に果たす役割は何か？
• RQ4 $Z$ および$Z^\prime$ 相互作用における非ユニバーサルな右巻きカプラリングが、レプトンおよびクォークのフレーバー不変性破れに与える寄与は何か？
• RQ5 Exotic電荷を持たないモデルでも1次レベルのFCNCを生成できるのか？ もしそうなら、そのメカニズムは何か？

主な発見

• 331モデルにおける1次レベルのFCNCは、主にクォークの世代に異なる$SU(3)_L$ 表現が割り当てられ、非ユニバーサルなカプラリングを生じることによって$Z^\prime$ ボソンによって引き起こされる。
• $\beta = \pm 1/\sqrt{3}$（Exotic電荷なし）のモデルでも、質量固有状態基底における標準的およびExoticクォーク間の混合を通じて、1次レベルのFCNCが生成される。
• $Z$ と$Z^\prime$ ゲージボソン間の混合はFCNCに寄与し、特にクォーク混合と組み合わさることで、有効なFCNC相互作用を強化する。
• 非ユニバーサルな右巻きカプラリングを持つモデルにおいて、$Z$ および$Z^\prime$ に新たなFCNC発生源が特定された。これは、元来のPleitez-Framptonモデルとは異なり、右巻きセクターに非ユニバーサル性があるためである。
• $Z^\prime$ 相互作用における非ユニバーサルな右巻きカプラリング、例えば $\epsilon^{Z^\prime}_{\Psi_{(R)}} = \frac{g^\prime}{2\sqrt{3}S_W C_W} \text{Diag}(2S_W^2, 2S_W^2, -C_{2W}, 2S_W^2, 1)$ のようなものが、FCNC過程に新たな寄与をもたらす。
• これらの新たな寄与は、フレーバー不変性破れ過程からのきびしい制約を緩和する可能性を秘めており、$Z^\prime$ ボソン質量に対する制限を回避する潜在的手段を提供する。