[논문 리뷰] B-anomalies related to leptons and lepton flavour violation: new directions in model building

Ferruccio Feruglio|arXiv (Cornell University)|2018. 08. 04.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 렙톤의 맛 위반이나 렙톤의 맛 보편성 위반을 포함하는 B-메손 붕괴에서의 이상 현상을 설명하기 위해 새로운 물리 모델을 조사한다. 주로 제3 쿼크 세대에 영향을 주는 테바 스케일의 새로운 물리 현상을 중심으로 한다. 간단한 모델이 전자기적 반사 보정에 의해 배제됨을 보여주며, 중성형인가와 충전형인가 B-붕괴 이면을 동시에 맞추기 위해 수정된 맛 구조가 필요하다는 것을 밝힌다.

ABSTRACT

B-decays mediated by both charged currents and neutral currents have provided hints of violation of lepton flavour universality. By assuming an explanation of these anomalies in terms of new physics at the TeV scale affecting the third fermion generation, we review the relevant constraints. In particular we illustrate the effects of electroweak radiative corrections and their impact on a consistent interpretation of the data. The simplest scenario is ruled out and we briefly discuss the modifications required to simultaneously describe the whole set of anomalies.

연구 동기 및 목표

• 렙톤의 맛 보편성에서 관측된 편차, 특히 중성형인가의 R(K*) 및 R(K) 비율과 충전형인가의 R(D*) 및 R(D)를 설명하기 위해.
• 새로운 물리가 오직 제3 세대에만 영향을 주는 최소한의 모델이 전자기적 반사 보정에 의해 제약받는지 평가하기 위해.
• 중성형인가와 충전형인가 B-이상 현상을 동시에 수용할 수 있도록 새로운 물리 모델의 맛 구조에 필요한 수정 사항을 규명하기 위해.
• B-이상 현상과 뮤온의 비정상 자기모멘트(g-2)μ 사이의 연관성을 탐색하기 위해, 특히 스칼라 및 벡터 렙톤쿠르크를 통해.
• 이러한 모델이 μ→eγ와 같은 렙톤의 맛 위반 과정에서의 엄격한 제약 조건과 일관된지 평가하기 위해.

제안 방법

• 테바 스케일에서의 새로운 물리 효과를 기술하기 위해 차원-6 준레프틱 연산자를 사용하는 유효장이론 프레임워크를 사용한다.
• 고에너지 스케일 Λ에서 전자기적 스케일로의 윤리계수의 변화를 추적하기 위해 재규격화군 진화(RGE)를 적용한다.
• μ→eγ 및 μ→3e와 같은 렙톤의 맛 위반(LFV) 과정과 Z→ℓℓ 붕괴에서의 제약 조건을 적용한다.
• 전기약력 반사 보정이 단순한 벤치마크 모델의 타당성에 미치는 영향을 분석하여, 이 모델이 배제됨을 보여준다.
• 벡터형 렙톤쿠르크(예: U1=(3,1,+2/3))를 포함한 UV 완전 모델을 고려하며, 그들의 맛 구조와 질량 제약 조건을 분석한다.
• 유효장이론의 모델 독립적 관계를 사용하여 스칼라 및 텐서 연산자를 통해 B-이상 현상과 (g-2)μ를 연결한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 오직 제3 세대에만 영향을 주는 새로운 물리의 최소 모델이 중성형인가와 충전형인가 B-이상 현상을 동시에 설명할 수 있는가?
• RQ2 전기약력 반사 보정은 B-이상 현상을 설명하는 단순한 새로운 물리 모델의 타당성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 관측된 B-붕괴 이면 현상과 렙톤의 맛 위반 과정에서의 제약 조건을 동시에 만족시키기 위해 필요한 맛 구조는 무엇인가?
• RQ4 B-이상 현상과 뮤온의 비정상 자기모멘트(g-2)μ 사이에 일관된 연결 고리가 존재하는가?
• RQ5 특정 양자수를 가진 벡터형 렙톤쿠르크가 맛 제약이나 전자기 정밀도 제약을 위반하지 않으면서도 B-이상 현상과 (g-2)μ를 동시에 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 새로운 물리가 오직 제3 세대에만 기여하며, 차원-6 연산자로 기술되는 가장 단순한 벤치마크 모델은 전자기적 반사 보정에 의해 배제된다.
• 중성형인가 이면 현상(R(K*) 및 R(K))을 동시에 맞추기 위해서는 매개변수 λ²ₑ₂가 음수여야 하는데, 이는 맛 패턴이 일반화되지 않은 한 가정된 맛 패턴과 호환되지 않는다.
• 충전형인가 이면 현상(R(D*) 및 R(D))는 Λ ≈ 5 TeV, θd ≈ 1, 그리고 θe ≪ αem 조건에서 설명될 수 있으며, 중성형인가 이면 현상은 Λ ≈ 30 TeV 및 θe ≈ 1 조건이 필요하다.
• 반사 보정은 Λ²에 반비례하므로, Λ > 몇 테바 스케일 이상에서는 그 효과가 무시 가능해지며, 맛 구조가 적절히 수정되면 모델이 유지될 수 있다.
• 벡터형 렙톤쿠르크(예: U1=(3,1,+2/3))를 포함한 UV 완전 모델은 이면 현상을 재현할 수 있지만, U1의 질량을 100 테바에서 테바 스케일로 낮추기 위해 비최소 맛 구조가 필요하다.
• 스칼라 및 텐서 렙톤쿠르크(예: S₁ 및 R₂)는 (g-2)μ에 카이랄적으로 증폭된 기여를 생성할 수 있으며, 후자의 경우 타우와 뮤온에 대한 결합 계수가 유사할 경우 현재 실험 감도에 도달할 수 있다.