[논문 리뷰] Novel collider signature of $U_1$ Leptoquark and $B o \pi$ observables

Aritra Biswas, Dilip Kumar Ghosh외 3명|arXiv (Cornell University)|2018. 08. 13.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 52인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 양성자-양성자 충돌에서 벡터 렙토쿼크($U_1$)의 다중제트 + 미소한 횡방향 에너지($\mET$) 서명을 조사하여, 나무 수준에서 충전 및 중성형인 $b \to c$ 및 $b \to s$ 전이를 모두 매개할 수 있음을 보여주며, LHC에서 $U_1$ 렙토쿼크의 95% 신뢰수준 배제 한계를 유도하고 $B \to \pi$ 관측량에 미치는 영향을 평가하여 향후 발견을 위한 핵심 기준을 제공한다.

ABSTRACT

One of the most popular models that is known to be able to solve the lepton flavour universality violating charged ($b o c$) and neutral current ($b o s$) anomalies is the Leptoquark Model. However, collider searches for such leptoquarks till date are only restricted towards their scalar counterpart. In this work we examine the {\it multijet} + $\mET$ collider signatures of a vector leptoquark ($U_1$) which has the potential to mediate both the charged and neutral current processes at tree level. From our collider analysis we derive the exclusion mass limits for the $U_1$ leptoquark at 95\% C.L. at the current and future experiment of Large Hadron Collider. We also calculate the effect of such a leptoquark in $B o\pi$ observables. These can be used as further benchmarks if a hint towards the presence of such a leptoquark is discovered.

연구 동기 및 목표

• 나무 수준에서 충전 및 중성형인 $b \to c$ 및 $b \to s$ 전이를 모두 매개할 수 있는 벡터 렙토쿼크($U_1$)의 충돌기 서명을 탐색한다.
• 현재 및 향후 대형 하드론 충돌기에서 $U_1$ 렙토쿼크의 95% 신뢰수준 배제 한계를 도출한다.
• $U_1$ 렙토쿼크가 $B \to \pi$ 관측량에 미치는 영향을 실험적 검증을 위한 보완 기준으로 평가한다.

제안 방법

• LHC에서 다중제트 + 미소한 횡방향 에너지($\mET$) 최종 상태에 중점을 두고 충돌기 현상학 분석을 수행한다.
• 나무 수준에서 쿼크 및 렙톤에 대한 $U_1$ 렙토쿼크 결합을 모델링하기 위해 효과적 장 이론 기법을 사용한다.
• 신호 이벤트 생성 및 신호 영역 분석을 위한 배경 과정 시뮬레이션을 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 적용한다.
• 다중제트 + $\mET$ 구조에서의 신호 감도를 향상시키기 위해 운동학적 컷과 선택 기준을 구현한다.
• 효과적 해밀토니안 형식을 사용하여 $U_1$ 렙토쿼크 기여를 $B \to \pi$ 붕괴 관측량에 계산한다.
• 이론적 예측을 실험적 제약과 비교하여 배제 한계 및 기준 관측량을 도출한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 벡터 렙토쿼크($U_1$)가 나무 수준 결합을 통해 충전 및 중성형인 $b \to c$ 및 $b \to s$ 이４ anomalies를 동시에 설명할 수 있는가?
• RQ2 LHC에서 $U_1$ 렙토쿼크의 타당한 다중제트 + $\mET$ 충돌기 서명은 무엇인가?
• RQ3 현재 및 향후 LHC에서 $U_1$ 렙토쿼크 질량에 대한 95% 신뢰수준 배제 한계는 무엇인가?
• RQ4 $U_1$ 렙토쿼크 기여가 $B \to \pi$ 붕괴 관측량, 예를 들어 분해율 및 전방-후방 비대칭성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 만약 콜리라이저 검색에서 발견된 경우, $B \to \pi$ 관측량이 $U_1$ 렙토쿼크 존재를 독립적으로 검증하기 위한 기준으로 사용될 수 있는가?

주요 결과

• $U_1$ 벡터 렙토쿼크는 나무 수준에서 충전 및 중성형인 $b \to c$ 및 $b \to s$ 전이를 모두 매개하여 $boc$ 및 $bos$ 이상현상에 대한 통합적 설명을 제공한다.
• 다중제트 + $\mET$ 최종 상태는 LHC에서 $U_1$ 렙토쿼크를 탐색하기 위한 타당한 충돌기 서명을 제공한다.
• 현재 및 향후 LHC 루미너스에 대해 $U_1$ 렙토쿼크 질량에 대한 95% 신뢰수준 배제 한계가 도출되었다.
• $U_1$ 렙토쿼크는 표준모형 외 기여를 $B \to \pi$ 붕괴 관측량에 유도하며, 이는 보완적인 실험적 기준으로 사용될 수 있다.
• 모델은 향후 플라버 물리 실험에서 검증할 수 있는 측정 가능한 $B \to \pi$ 관측량의 편차를 예측한다.