[논문 리뷰] Sources of FCNC in $SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X$ models

J. M. Cabarcas, J. Duarte외 1명|arXiv (Cornell University)|2011. 11. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 7인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 $SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X$ 모델에서 1차 반응에서의 흔들림 없는 중성자류 전류(FCNC)를 조사하며, $Z^\prime$ 보존의 교환, 질량 고유상태에서의 쿼크 혼합, 비일반적인 오른쪽 수반 상호작용 등 여러 원인이 있음을 밝혀낸다. FCNC는 $Z^\prime$ 외에도 쿼크 및 게이지 섹터의 혼합에서 기인하며, 특히 렙톤과 쿼크 가족을 비일반적으로 취급할 경우 두드러진다.

ABSTRACT

There are different models based on the gauge symmetry $SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X$ (331) some of them includes exotic particles and others are constructed without any exotic charges assigned to the fermionic spectrum. Each model build up on 331 symmetry has its own interesting properties according to the representations of the gauge group used for the fermionic spectrum; that is the main reason to explore and identify the possible sources of flavor changing neutral currents and lepton flavor violation at tree level.

연구 동기 및 목표

• 1차 반응에서의 흔들림 없는 중성자류 전류(FCNC)의 모든 가능한 원인을 $SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X$ 모델에서 식별하고 분류하는 것.
• 특히 쿼크 및 렙톤 가족의 비일반적인 취급 방식을 포함한 다양한 페르미온 표현형과 전하 할당이 FCNC 생성에 미치는 영향을 검토하는 것.
• $Z^\prime$ 보존과 $Z$ 및 $Z^\prime$ 간의 혼합이 FCNC 과정을 매개하는 데 수행하는 역할를 분석하는 것.
• 기본 전하를 갖지 않는 모델($\beta = \pm 1/\sqrt{3}$)을 탐색하고, 쿼크 혼합 및 비일반적인 오른쪽 수반 상호작용를 통해 그들이 어떻게 1차 반응 FCNC 기여를 하는지 분석하는 것.
• 비일반적인 오른쪽 수반 상호작용이 렙톤과 쿼크의 흔들림 불일치에 미치는 영향, 특히 $Z$ 및 $Z^\prime$ 상호작용에서의 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• $\beta = \pm \sqrt{3}$ 또는 $\pm 1/\sqrt{3}$일 때 전하 연산자 $Q = T_3 + \beta T_8 + X$를 유도하여 기초 전하를 갖는지 여부에 따라 모델을 정의한다.
• $SU(3)_L$ 삼중체와 반삼중체를 사용하여 페르미온 스펙트럼을 분석하고, 이 anomaly 보존 조건을 만족시키기 위해 쿼크 가족에 다른 표현형을 할당한다.
• $A$, $Z$, $Z^\prime$, $K$ 게이지 보손을 포함하는 중성자류 라그랑지안을 구성하며, 쿼크 및 렙톤에 대한 명시적 상호작용 $\epsilon^{Z}_{\Psi_{(L/R)}}$, $\epsilon^{Z^\prime}_{\Psi_{(L/R)}}$ 를 포함한다.
• $Z^\prime$ 매개 상호작용 $\bar{\psi} \gamma_\mu \epsilon^{Z^\prime}_{\psi} P_{L/R} \psi$ 를 통해 FCNC를 평가하며, 왼쪽 및 오른쪽 수반 상호작용의 비일관성을 보여준다.
• $Z$ 및 $Z^\prime$ 보손 간의 혼합과 그가 FCNC에 기여하는 방식을 고려하며, 특히 질량 기저에서 쿼크 필드가 표현될 경우의 영향을 분석한다.
• 다섯 개 또는 네 개의 업형 쿼크와 그에 해당하는 다운형 쿼크를 포함하는 모델을 검토하며, 표준 쿼크와 이국 쿼크 간의 혼합이 1차 반응 FCNC를 유도하는 방식을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 $SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X$ 모델에서 $Z^\prime$ 보존 외에 1차 반응 FCNC의 고유한 원인들은 무엇인가?
• RQ2 $SU(3)_L$ 표현형에서 쿼크 및 렙톤 가족을 비일반적으로 취급할 경우 FCNC 생성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 $Z$ 및 $Z^\prime$ 보손 간의 혼합이 FCNC 과정을 매개하는 데 수행하는 역할는 무엇인가?
• RQ4 $Z$ 및 $Z^\prime$ 상호작용에서의 비일반적인 오른쪽 수반 상호작용이 렙톤과 쿼크의 흔들림 불일치에 기여하는 방식은 무엇인가?
• RQ5 기본 전하를 갖지 않는 모델도 여전히 1차 반응 FCNC를 생성할 수 있는가? 만약 그렇다면, 어떤 메커니즘을 통해 이루어지는가?

주요 결과

• 331 모델에서 1차 반응 FCNC는 주로 쿼크 가족이 서로 다른 $SU(3)_L$ 표현형을 할당받을 경우 발생하며, 이는 비일관된 상호작용을 초래한다.
• $\beta = \pm 1/\sqrt{3}$인 모델—기본 전하를 갖지 않는 모델—에서도 질량 고유상태 기저에서 표준 쿼크와 이국 쿼크 간의 혼합을 통해 여전히 1차 반응 FCNC를 생성한다.
• $Z$ 및 $Z^\prime$ 게이지 보손 간의 혼합은 FCNC에 기여하며, 특히 쿼크 혼합과 결합될 경우 효과적인 FCNC 상호작용을 강화한다.
• 비일반적인 오른쪽 수반 상호작용을 갖는 모델에서 새로운 FCNC 원인이 밝혀졌으며, 이는 원래의 Pleitez-Frampton 모델과 달리 오른쪽 수반 섹터에서 비일관된 상호작용를 포함한다.
• $Z^\prime$ 상호작용에서 비일관된 오른쪽 수반 상호작용의 존재, 예를 들어 $\epsilon^{Z^\prime}_{\Psi_{(R)}} = \frac{g^\prime}{2\sqrt{3}S_W C_W} \text{Diag}(2S_W^2, 2S_W^2, -C_{2W}, 2S_W^2, 1)$와 같이, FCNC 과정에 새로운 기여를 한다.
• 이러한 새로운 기여는 $Z^\prime$ 보존 질량에 대한 제약 조건을 완화시킬 수 있으며, 흔들림 불일치 과정에서의 엄격한 제약을 피할 수 있는 잠재적 방법를 제공한다.