[論文レビュー] TeV-scale vector leptoquark from Pati-Salam unification with vectorlike families

Syuhei Iguro, Junichiro Kawamura+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 110被引用数 27

ひとこと要約

本論文は、ベクトル代数の家族を備えたパティ＝サラムの統一理論を提案し、ベクトル代数のフェルミオンの混合によって KL→μe 衰えからの厳密なフレーバー制約を回避することで、TeV スケールのベクター励起クォークを実現する。モデルは、わずか 0.2% の微調整で b→sμμ 異常を説明し、追加のヒッグスダブルレットによる中性メソン混合が顕著になることを予測し、将来の μ→eγ および μ-e 変換実験で検証可能である。

ABSTRACT

In this paper, we show an explicit way to realize a TeV-scale vector leptoquark from the Pati-Salam (PS) unification with extra vectorlike families. The leptoquark mass is constrained to be heavier than PeV-scale by the measurement of a flavor violating kaon decay, $K_L o \mu e$, in conventional models. This strong constraint can be avoided by introducing vectorlike families consistently with the quark and lepton masses and CKM and PMNS matrices. The other flavor violating processes are also suppressed. In this model, the vector leptoquark can be sufficiently light to explain the recent $b o s\mu\mu$ anomaly, while the $b o c au u$ anomaly is difficult to be explained due to the strong constraints from the $Z^\prime$ boson and vectorlike quark searches at the LHC. When the $b o s\mu\mu$ anomaly is explained, we show that $\mathcal{O}({0.2})$ % tuning is required in the fermion matrix, the future experiments in $\mu o e\gamma$ and $\mu$-$e$ conversions will cover the most available parameter space, and sizable neutral meson mixings, induced by the extra Higgs doublets, are unavoidable.

研究の動機と目的

• TeV スケールのベクター励起クォークを安定化させるベクトル代数のフェルミオンを備えたパティ＝サラム GUT モデルを構築すること。
• 通常のモデルでは TeV スケールの励起クォークを除外する傾向がある、KL→μe 衰えからの強いフレーバー制約を回避すること。
• LHCb のデータで観測された b→sμμ 異常を説明する一方で、他のフレーバーおよび電弱制約と整合性を保つこと。
• 同じフレームワーク内で b→cτν 異常を説明できるかどうかを評価すること。
• 強化された μ→eγ および μ-e 変換率、および顕著な中性メソン混合といった観測可能なシグネチャを予測すること。

提案手法

• CKM および PMNS 行列と整合的にフェルミオン質量および混合を生成するため、ベクトル代数の家族を実装すること。
• 高次元オペレーターと走査群の発展を用いて、高スケールでの Yukawa 耦合の統一を達成すること。
• 追加のヒッグスダブルレットを導入してニュートリノ質量を生成し、顕著な中性メソン混合を誘導すること。
• 自発的対称性の破れを伴う、SU(4)C×SU(2)L×SU(2)R のパティ＝サラムゲージ群を構築すること。
• フレーバー変換過程を抑制するために、複素位相を含むフェルミオン質量行列のパrametrization を使用すること。
• 入力パラメータへの感受性を定量化するため、ΔFT パrameter を用いた微調整解析を実施すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ベクトル代数の家族を備えたパティ＝サラム GUT において、強いフレーバー制約を引き起こさずに TeV スケールのベクター励起クォークを一貫して実現できるか？
• RQ2 軽い励起クォークを持つモデルにおいて、その厳しい実験的制限がある KL→μe 衰え率をどのように抑制できるか？
• RQ3 このモデルにおけるベクター励起クォークが b→sμμ 異常をどの程度説明できるか、また必要な微調整はどの程度か？
• RQ4 Z′ ボソンおよびベクトル代数のクォーク探索からの制約を考慮すると、b→cτν 異常もこのフレームワークで説明可能か？
• RQ5 μ→eγ および μ-e 変換における予測シグネチャは何か？ そして、それらはモデルのパrameter空間をどのように探査するか？

主な発見

• フェルミオン質量行列におけるわずか ~0.2% の微調整で、TeV スケールのベクター励起クォークを実現し、b→sμμ 異常を説明できる。
• ベクトル代数のフェルミオン混合によって引き起こされるキャンセレーションのおかげで、KL→μe 衰え率は実験的上限以下に抑えられる。
• LHC における Z′ ボソンおよびベクトル代数のクォーク探索からの強い制約のため、b→cτν 異常は説明が難しい。
• 将来の実験、特に μ→eγ および μ-e 変換実験が、モデルの大部分の妥当なパrameter空間をカバーする。
• 追加のヒッグスダブルレットの寄与によって、顕著な中性メソン混合（|CBd| ≈ 0.94, |CBs| ≈ 1.03）は避けがたい。
• ベンチマーク点は、BR(B→ℓν)、BR(KL→eμ)、BR(μ→eγ) を含む、すべての現在の実験的制約を満たし、ΔFT ≈ 0.1% である。