[논문 리뷰] Simplified models of flavourful leptoquarks

Ivo de Medeiros Varzielas, Jim Talbert|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 66인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 표준모형의 질량 항에서 유래한 잔류 전역 아벨 리듬 대칭을 포함하는 간소화된 모형 독립적 프레임워크를 제안한다. 이러한 대칭을 강제로 적용함으로써 저항력 보우의 양자수 상수는 몇 가지 매우 예측 가능한 패턴으로 제약을 받으며, 각 패턴은 단 하나의 자유 매개변수만을 가진다. 이는 자연스럽게 양성자 붕괴를 억제하면서 동시에 B-메손 붕괴에서의 $R_{K^{(*)}}$ 이상 현상도 설명한다.

ABSTRACT

We study the implications of single leptoquark extensions of the Standard Model (SM) under the assumption that their enhanced Yukawa sectors are invariant under global Abelian flavour symmetries already present in SM mass terms. Such symmetries, assumed to be the `residual' subgroups of an ultra-violet flavour theory, have previously been considered in order to predict fermionic mixing angles. Here we focus instead on their effect on the novel flavour structures sourced by the leptoquark representations that address the present ${R}_{K^{(\star)}}$ anomalies in semileptonic rare $B$-decays. Combined with existing flavour data, the residual symmetries prove to be extremely constraining; we find that the (quark-lepton) leptoquark Yukawa couplings fall within $\mathcal{O}(10)$ highly predictive patterns, each with only a single free parameter, when `normal' (SM-like) hierarchies are assumed. In addition, proton decay for the scalar SU(2) triplet representation is naturally avoided in the residual symmetry approach without relying on further model building. Our results indicate that a simultaneous explanation for the ${R}_{K^{(\star)}}$ anomalies and the flavour puzzle may be achieved in a simplified, model-independent formalism.

연구 동기 및 목표

• 단일 레프토크워크 확장의 표준모형에서의 $R_{K^{(*)}}$ 이상 현상을 간소화된 레프토크워크 모형을 통해 다루기 위해.
• 표준모형의 UV 리듬 이론에서 기인한 잔류 전역 아벨 리듬 대칭이 레프토크워크 결합에 어떻게 영향을 미치는지 탐색하기 위해.
• 기존의 리듬 데이터와 대칭 원칙을 이용해 레프토크워크 양자수 상수의 구조를 제약하기 위해.
• 추가적인 모형 구축 없이도 스칼라 SU(2) 삼중항 레프토크워크 모형에서 자연스럽게 양성자 붕괴를 억제하기 위해.
• 최소한의 예측 가능한 프레임워크에서 $R_{K^{(*)}}$ 이상 현상과 리듬 퍼즐의 해결책을 통합하기 위해.

제안 방법

• 단일 레프토크워크 확장의 양자수 상수 부문이 잔류 전역 아벨 리듬 대칭에 대해 불변임을 가정한다.
• 이 대칭들을 UV 리듬 이론의 잔유로 간주하며 표준모형 페르미온 질량 항에서 기인한 것으로 간주한다.
• 레프토크워크 표현에 대해 대칭 제약 조건을 적용하여 양자수 상수의 자유 매개변수 수를 줄인다.
• 결과로 유도된 리듬 구조를 B-메손 붕괴의 맥락에서 분석하며, 주로 $R_{K^{(*))}} 관측치에 초점을 맞춘다.
• 대칭 제약 조건 하에서 스칼라 SU(2) 삼중항 레프토크워크의 양성자 붕괴 확률을 평가한다.
• 기존의 실험적 리듬 데이터를 활용해 유도된 양자수 패턴의 타당성을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 잔류 전역 아贝尔 리듬 대칭은 간소화된 모형에서 레프토크워크의 양자수 상수에 어떻게 제약을 가하는가?
• RQ2 이러한 대칭은 $R_{K^{(*)}}$ 이상 현상을 설명하면서도 기존의 리듬 물리 제약 조건을 만족시킬 수 있는가?
• RQ3 이 대칭 프레임워크는 스칼라 SU(2) 삼중항 레프토크워크에서 자연스럽게 양성자 붕괴를 억제하는가?
• RQ4 이러한 대칭 제약 조건 하에서 레프토크워크 결합을 묘사하기 위해 필요한 최소 자유 매개변수 수는 얼마인가?
• RQ5 모형 독립적이고 간소화된 프레임워크에서 $R_{K^{(*)}}$ 이상 현상과 리듬 퍼즐에 대한 통합적 설명을 달성할 수 있는가?

주요 결과

• 레프토크워크 양자수 상수는 $Ø(10)$개의 매우 예측 가능한 패턴으로 제약을 받으며, 각 패턴은 단 하나의 자유 매개변수만을 가진다.
• 잔류 리듬 대칭은 기존 리듬 데이터와 일치하면서도 $R_{K^{(*)}}$ 이상 현상을 성공적으로 설명한다.
• 스칼라 SU(2) 삼중항 레프토크워크 표현에서의 양성자 붕괴는 추가적인 모형 구축 없이도 자연스럽게 억제된다.
• 이 프레임워크는 간소화되고 모형 독립적인 형식으로 $R_{K^{(*)}}$ 이상 현상과 리듬 퍼즐을 동시에 설명한다.
• 표준모형 유사한 쿼크-레프톤 계층을 유지하면서도 최소한의 타당한 레프토크워크 결합 구조 집합을 생성한다.
• 대칭 제약 조건은 매우 예측 가능한 구조를 이끌어내어 레프토크워크 모형의 매개변수 공간을 몇 가지 명확하고 검증 가능한 패턴으로 줄인다.