[논문 리뷰] Deforming the Third Family Hypercharge Model for Neutral Current $B-$Anomalies

B. C. Allanach, Joe Davighi|arXiv (Cornell University)|2019. 05. 24.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 26인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 가족에 따라 다를 수 있는 U(1)_F 게이지 대칭을 가진 변형된 제3가족 하이퍼초전하 모형을 제안한다. 이 모형은 제2가족 렙톤에 비영인 하이퍼초전하를 할당하고, 제3가족 렙톤의 하이퍼초전하를 수정하여 이상성 자유를 유지한다. 모형은 고차원적으로만 작용하는 양자역학적 수준에서 바텀 및 토퍼 양자역학 결합만을 생성하며, Z′ 보손은 (bs)(μμ) 효과적 점을 매개하여 C9 = -9C10를 유도한다. 이는 0.8 TeV < M_Z′ < 12.5 TeV 범위 내에서 렙톤의 맛 위반 제약과 직접 Z′ 탐색 제약을 위반하지 않으면서 B-메손 이상 현상에 잘 맞는다.

ABSTRACT

We consider a deformation of the Third Family Hypercharge Model, which arguably makes the model more natural. Additional non-zero charges of the spontaneously broken, family-dependent $U(1)_F$ gauge symmetry are assigned to the second family leptons, and the third family leptons' charges are deformed away from their hypercharges in such a way that the $U(1)_F$ gauge symmetry remains anomaly-free. Second family $U(1)_F$ lepton charges allow a $Z^\prime$ coupling to muons without having to assume large charged lepton mixing, which risks violating tight lepton flavour violation bounds. In this deformed version, only the bottom and top Yukawa couplings are generated at the renormalisable level, whereas the tauon Yukawa coupling is absent. The $Z^\prime$ mediates a beyond the Standard Model contribution to an effective $(\bar b s) (\bar \mu \mu)$ vertex in the combination $C_9=-9C_{10}$ and is able to fit the apparent discrepancy between Standard Model predictions in flavour changing neutral-current $B-$meson decays and their measurements, whilst simultaneously avoiding current constraints from direct $Z^\prime$ searches and other measurements, when $0.8 ext{TeV} < M_{Z^\prime} < 12.5 ext{TeV}$.

연구 동기 및 목표

• B→K*μμ 및 B→Kμμ 붕괴에서 지속적인 B-메손 맛 이상 현상을 해결하기 위해.
• 제3가족 하이퍼초전하를 변형함으로써 더 자연스러운 모형을 구축하기 위해.
• 큰 양자역학 렙톤 혼합이 발생할 경우 강력한 렙톤 맛 위반 제약을 유발할 수 있으므로 이를 피하기 위해.
• 고차원적으로만 작용하는 양자역학적 수준에서 바텀 및 토퍼 양자역학 결합만을 생성하고, 타우온 양자역학 결합은 배제하기 위해.
• C9 = -9C10인 Z′ 보손을 통한 (bs)(μμ) 효과적 상호작용을 실현하여 실험적 이상 현상에 적합하게 하기 위해.

제안 방법

• 제2가족 렙톤에 비영인 하이퍼초전하를 할당한 가족에 따라 다를 수 있는 U(1)_F 게이지 대칭을 도입하기 위해.
• 이상성 보존을 유지하면서도 제3가족 렙톤의 하이퍼초전하를 표준 하이퍼초전하에서 변형하기 위해.
• 고차원적으로만 작용하는 양자역학적 수준에서 바텀 및 토퍼 쿼크만이 양자역학 결합을 얻도록 보장하고, 타우온 결합은 고리 효과를 통해 생성하기 위해.
• 제2가족 렙톤 하이퍼초전하를 통해 뮤온과 결합하는 Z′ 보손을 구성하여 큰 혼합 각도를 피하기 위해.
• Z′ 교환를 통해 효과적 (bs)(μμ) 상호작용을 실현하고, 효과적 해밀토니안에서 C9 = -9C10를 도출하기 위해.
• 직접 Z′ 탐색 및 렙톤 맛 위반 제약과의 일치성을 확보하기 위해 현상학적 분석을 수행하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 가족에 따라 다를 수 있는 하이퍼초전하를 가진 변형된 U(1)_F 모형이 큰 양자역학 렙톤 혼합이 필요 없이 B-메손 이상 현상을 설명할 수 있는가?
• RQ2 제3가족 하이퍼초전하를 수정함으로써 이상성 보존을 유지할 수 있는가?
• RQ3 고차원적으로만 작용하는 양자역학적 수준에서 타우온 양자역학 결합을 배제할 경우 모형의 현상학적 영향은 어떠한가?
• RQ4 Z′ 보손이 C9 = -9C10인 (bs)(μμ) 점을 매개하면서도 직접 탐색 및 LFV 제약을 피할 수 있는가?
• RQ5 모든 현재 실험 제약 조건을 만족하는 Z′ 보손의 타당한 질량 범위는 무엇인가?

주요 결과

• 모형은 성공적으로 C9 = -9C10인 Z′ 보손을 통한 (bs)(μμ) 효과적 상호작용을 생성하여 선호되는 이상 현상 적합 패턴을 재현한다.
• Z′ 보손은 제2가족 렙톤 하이퍼초전하를 통해 뮤온과 결합하여 큰 양자역학 렙톤 혼합이 필요 없게 되어 렙톤 맛 위반 제약을 피한다.
• 타우온 양자역학 결합은 고차원적으로만 작용하는 양자역학적 수준에서 존재하지 않으며, 바텀 및 토퍼 쿼크만이 직접적으로 이러한 결합을 얻는다.
• Z′ 질량이 0.8 TeV < M_Z′ < 12.5 TeV 범위에 있을 경우 모형은 직접 Z′ 탐색 및 기타 제약 조건과 일치한다.
• 모든 페르미온, 특히 변형된 제3가족 렙톤 하이퍼초전하에 대해 U(1)_F 하이퍼초전하를 철저히 할당함으로써 이상성 보존이 유지된다.
• 모형은 정밀 조정이나 맛 변화를 유발하는 복잡한 문제 없이 B이상 현상 적합을 자연스럽게 실현한다.