[논문 리뷰] Lepton-flavor universality violation in $R_{D^{(*)}}$ and $R_K$ from warped space

Eugenio Megías, M. Quirós외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 03. 17.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 36인용 수 16

한 줄 요약

이 논문은 BaBar, LHCb, Belle 협력단이 관측한 $R_{D^{(*)}}$ 및 $R_K$ 비정상성에서의 렙톤-플레버 유니버설리티 위반 현상을 설명하기 위해 좌측 스핀의 바텀 쿼크와 타우 렙톤의 강한 복합성과 함께 비틀린 초과차원 모형을 제안한다. 이 모형은 모든 전자기적, 플레버 및 직접 탐색 제약 조건을 동시에 충족시키면서도, 표준모형을 초월한 $ar{B} \to \bar{K} \mu\mu$ 및 $ar{B} \to \bar{K} \mu\mu$ 붕괴의 증가된 분해비율을 예측한다.

ABSTRACT

Some anomalies in the processes $b o s\ell\ell$ ($\ell=\mu,e$) and $b o c \ell\bar u_\ell$ ($\ell= au,\mu,e$), in particular in the observables $R_{D^{(\ast)}}$ and $R_K$, have been found by the BaBar, LHCb and Belle Collaborations, leading to a possible lepton flavor universality violation. If these anomalies were confirmed they would inevitably lead to physics beyond the Standard Model. In this paper we provide an explanation of the present anomalies in an extra dimensional theory, solving the naturalness problem of the Standard Model by means of a warped metric with a strong conformality violation near the infra-red brane. All anomalies can be accommodated provided that the left-handed bottom quark and tau lepton have a strong, and the left-handed muon lepton a mild, degree of compositeness in the dual theory. The theory is consistent with all electroweak and flavor observables, and with all direct searches of Kaluza-Klein electroweak gauge bosons and gluons. The fermion spectrum, and fermion mixing angles, can be reproduced by mostly elementary right-handed bottom quarks, and tau and muon leptons. In particular the smoking gun for the $R_{D^{(\ast)}}$ anomaly in our model should be a branching ratio generically larger than the Standard Model prediction, for the processes $\bar B o \bar K au au$ and $\bar B o \bar K u\bar u$ although present bounds still leave a wide room in the parameter space.

연구 동기 및 목표

• BaBar, LHCb, Belle 협력단이 관측한 $R_{D^{(*)}}$ 및 $R_K$에서의 지속적인 렙톤-플레버 유니버설리티 위반 현상을 설명하기 위해.
• IR 브레인 근처에서 강한 등각 대칭 파괴를 갖는 비틀린 기하학을 통해 계층 문제를 해결하는 자연스러운 표준모형의 확장 구축하기 위해.
• 칼루차-클라인 진동자 및 중성미소자기의 직접 탐색과 함께 모든 전자기적 정밀도 관측치, 플레버 변화 중성미소자기, 그리고 직접 탐색 제약 조건과의 일치 보장하기 위해.
• 주로 기본적인 오른쪽 스핀 페르미온을 사용하여 쿼크 및 렙톤 질량과 혼합 각도를 재현하기 위해.
• $R_{D^{(*)}}$ 비정상성의 증거가 되는 서명: $ar{B} \to \bar{K} \mu\mu$ 및 $ar{B} \to \bar{K} \mu\mu$ 붕괴에서 증가된 분해비율 식별하기.

제안 방법

• IR 브레인 근처에서 강한 등각 대칭 파괴 프로파일을 갖는 비틀린 초과차원 프레임워크를 사용하여 페르미온 질량의 계층을 동적으로 생성하기 위해.
• 이중 강력 결합 이론에서 좌측 스핀 바텀 쿼크와 타우 렙톤에 대해 강한 복합성을 도입하면서도, 뮤온 렙톤은 약한 복합성을 유지하기 위해.
• AdS/CFT 대응을 사용하여 강력 결합 동역학을 복합 상태와 수정된 결합을 갖는 4차원 효과 이론으로 매핑하기 위해.
• 기본적인 오른쪽 스핀 페르미온과 복합 상태 사이의 작은 혼합을 통해 페르미온 스펙트럼과 혼합 각도를 구성하기 위해.
• 칼루차-클라인 모드와 복합 부문 기여로부터 효과적 $b \to s \ell\ell$ 및 $b \to c \ell\ell$ 연산자의 윌슨 계수를 계산하기 위해.
• 모형 예측을 전자기적 정밀도 테스트 및 직접 탐색 제약 조건을 고려하여 $R_{D^{(*)}}$ 및 $R_K$ 실험 데이터와 비교하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 복합성과 함께 비틀린 초과차원 모형이 기존의 플레버 또는 전자기적 제약 조건을 위반하지 않고 $R_{D^{(*)}}$ 및 $R_K$ 비정상성을 설명할 수 있는가?
• RQ2 관측된 비정상성을 설명하기 위해 좌측 스핀 바텀 쿼크와 타우 렙톤에 필요한 복합성의 정도는 어느 정도인가?
• RQ3 이 모형에서 $ar{B} \to \bar{K} \mu\mu$ 및 $ar{B} \to \bar{K} \mu\mu$ 분해비율의 예측은 표준모형과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 주로 기본적인 오른쪽 스핀 페르미온을 사용하는 이 틀 안에서 쿼크 및 렙톤 질량과 혼합 각도를 일관되게 재현할 수 있는가?
• RQ5 이 모형을 표준모형 및 다른 블랙스페이스 시나리오와 구별할 수 있는 주요 실험적 서명은 무엇인가?

주요 결과

• 모형은 좌측 스핀 바텀 쿼크와 타우 렙톤의 강한 복합성을 갖는 조건에서 $R_{D^{(*)}}$ 및 $R_K$ 비정상성을 측정 범위 내에서 성공적으로 설명한다.
• 좌측 스핀 뮤온 렙톤은 약한 복합성을 갖는 것으로 예측되어 플레버 변화 과정 기여를 억제하는 데 기여한다.
• 모형은 현재의 모든 전자기적 정밀도 관측치, 플레버 변화 중성미소자기, 그리고 칼루차-클라인 게이지 보존 및 글루온의 직접 탐색과 일치한다.
• 주로 기본적인 오른쪽 스핀 바텀 쿼크, 타우 및 뮤온 렙톤을 가정함으로써 페르미온 스펙트럼과 혼합 각도가 재현된다.
• 모형은 표준모형 예측보다 일반적으로 더 큰 $ar{B} \to \bar{K} \mu\mu$ 및 $ar{B} \to \bar{K} \mu\mu$ 분해비율을 예측하여 핵심 실험적 검증 조건을 제공한다.
• 현재 실험적 제약 조건에도 불구하고, 특히 $ar{B} \to \bar{K} \mu\mu$ 붕괴 모드에서 모형의 매개변수 공간의 넓은 영역이 타당하게 유지된다.