[논문 리뷰] A comprehensive study of vector leptoquark on the $B$-meson and Muon g-2 anomalies

Kayoung Ban, Yongsoo Jho외 4명|arXiv (Cornell University)|2021. 04. 14.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 26인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 B-메손 붕괴 비정상 현상(R_K, R_D)과 뮤온 g-2 불일치를 동시에 해결하기 위해 벡터 렙토쿼크(U₁) 모델을 제안한다. 쿼크와 렙톤 양쪽에 결합하는 U₁ 벡터 렙토쿼크를 도입함으로써, 렙톤 프리플러버 위반 및 희귀 붕괴 관측치인 뮤온 g-2, R_K^(*) 및 B → K μμ를 성공적으로 맞추면서도, 렙톤 프리플러버 위반 제약 조건과도 일관된다.

ABSTRACT

Recently reported anomalies in various $B$ meson decays and also in the anomalous magnetic moment of muon $(g-2)$ motivate us to consider a particular extension of the standard model incorporating new interactions in lepton and quark sectors simultaneously. Our minimal choice would be leptoquark. In particular, we take vector leptoquark ($U_1$) and comprehensively study all related observables including ${(g-2)_{\mu}}, R_{K^{(*)}}, R_{D^{(*)}}$, $B o (K) \ell \ell' $ where $\ell\ell'$ are various combinations of $\mu$ and $ au$, and also lepton flavor violation in the $ au$ decays.

연구 동기 및 목표

• 표준모형 예측과 다름없이 지속되는 B-메손 붕괴 비정상 현상, 특히 R_K 및 R_D를 다루기 위해.
• 뮤온 비례자기모멘트(g-2)μ의 오랫동안 지속된 불일치를 설명하기 위해.
• 쿼크 및 렙톤 세그먼트에 모두 결합하는 벡터 렙토쿼크를 포함한 표준모형의 최소 확장 구축을 위해.
• 타르 타이드 붕괴에서의 렙톤 프리플러버 위반 과정과의 모델 일관성을 체계적으로 분석하기 위해.
• 희귀 B-메손 붕괴 및 g-2(μ)를 포함한 여러 정밀 관측치에 대한 모델의 일관성을 테스트하기 위해.

제안 방법

• 쿼크 및 충전 렙톤에 결합할 수 있는 게이지 양자수를 갖는 벡터 렙토쿼크(U₁)를 도입한다.
• U₁ 상호작용에 대한 효과적 라그랑지안을 구성하며, 관측된 비정상 현상을 생성하는 프리플러버 위반 결합을 포함한다.
• U₁ 및 페르미온을 포함한 루프 다이어그램을 통해 (g-2)μ에 기여하는 기여도를 계산한다.
• B-메손 붕괴에서 U₁ 매개 상호작용을 사용하여 R_K 및 R_D의 분해율을 계산한다.
• q²에 의존하는 관측치에 중점을 두고, B → K μμ의 미분 붕괴율을 평가한다.
• τ → μμμ 및 τ → μγ 붕괴에서의 렙톤 프리플러버 위반 제약 조건을 적용하여 U₁의 매개변수 공간을 제한한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일의 벡터 렙토쿼크 모델이 B-메손 붕괴에서의 R_K 및 R_D 비정상 현상을 동시에 설명할 수 있는가?
• RQ2 벡터 렙토쿼크는 관측된 뮤온 비례자기모멘트(g-2)μ의 불일치를 어느 정도 설명할 수 있는가?
• RQ3 U₁ 결합은 B → K μμ의 미분 붕괴율에 어떤 영향을 미치며, 이 채널에서 관측된 비정상 현상을 설명할 수 있는가?
• RQ4 τ → μμμ 및 τ → μγ와 같은 렙톤 프리플러버 위반 과정에서의 제약 조건은 U₁ 매개변수 공간에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 현재 실험적 제약 조건을 충족하면서도 여러 비정상 관측치를 동시에 맞출 수 있는가?

주요 결과

• 벡터 렙토쿼크 모델은 일관된 결합 조합을 통해 R_K 및 R_D의 관측된 편차를 성공적으로 설명한다.
• 모델은 측정된 불일치와 일치하는 상당한 기여도를 (g-2)μ에 기여하며, 다른 제약 조건과 충돌하지 않는다.
• B → K μμ의 미분 붕괴율은 U₁ 모델에 의해 잘 기술되며, 비정상 현상이 관측되는 저-q² 영역에서 특히 잘 맞는다.
• τ → μμμ 및 τ → μγ와 같은 렙톤 프리플러버 위반 과정은 모델에서 억제되어 현재 실험적 한계 내에 유지된다.
• 모델은 허용된 매개변수 공간 내에서 R_K, R_D, g-2(μ), 및 B → K μμ를 포함한 모든 고려된 관측치에 잘 맞춘다.
• U₁ 벡터 렙토쿼크는 프리플러버 및 전자약력 세그먼트에서의 여러 비정상 현상을 통합하는 최소적이고 일관된 프레임워크를 제공한다.