[论文解读] Deforming the Third Family Hypercharge Model for Neutral Current $B-$Anomalies

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

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 26被引用 7

一句话总结

该论文提出了一种形变的第三族超荷模型，引入了家族依赖的 U(1)_F 规范对称性，为第二代轻子赋予非零超荷，并调整第三代轻子的超荷以保持异常自由。该模型在可重整化层次仅生成底夸克和顶夸克的 Yukawa 耦合，而 Z′ 玻色子通过 (bs)(μμ) 有效顶点介导，其 C9 = -9C10，可在 0.8 TeV < M_Z′ < 12.5 TeV 的质量范围内拟合 B 介子异常，同时不违反轻子味破坏约束或直接 Z′ 搜索限制。

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 $0.8 ext{TeV} < M_{Z^\prime} < 12.5 ext{TeV}$.

研究动机与目标

• 解决B→K*μμ和B→Kμμ衰变中持续存在的B介子味异常问题。
• 通过变形第三代超荷并保持异常抵消，构建更自然的模型。
• 避免大电荷轻子混合，否则将触发强烈的轻子味破坏约束。
• 仅在可重整化层次生成底夸克和顶夸克的Yukawa耦合，排除τ子的Yukawa耦合。
• 通过Z′交换实现Z′介导的(bs)(μμ)有效相互作用，其C9 = -9C10，可拟合实验异常。

提出的方法

• 引入家族依赖的U(1)_F规范对称性，并为第二代轻子分配非零电荷。
• 在保持异常抵消的前提下，对第三代轻子的超荷赋值进行变形，偏离标准超荷。
• 确保仅底夸克和顶夸克在可重整化层次获得Yukawa耦合，而τ子耦合通过量子修正产生。
• 构建一种与μ子通过第二代轻子电荷耦合的Z′玻色子，避免大混合角。
• 通过Z′交换实现有效(bs)(μμ)相互作用，在有效哈密顿量中得到C9 = -9C10。
• 进行现象学分析，确保与直接Z′搜索和轻子味破坏约束相容。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有家族依赖电荷的形变U(1)_F模型是否能在不引入大电荷轻子混合的情况下解释B介子异常？
• RQ2 该模型如何在修改第三代超荷的同时保持异常自由？
• RQ3 在可重整化层次排除τ子Yukawa耦合对模型现象学有何影响？
• RQ4 Z′玻色子能否在避开直接探测与LFV约束的前提下，介导具有C9 = -9C10的(bs)(μμ顶点？
• RQ5 满足所有当前实验约束的Z′玻色子可行质量范围是什么？

主要发现

• 该模型成功生成了Z′介导的(bs)(μμ)有效相互作用，其C9 = -9C10，与首选异常拟合模式一致。
• Z′玻色子通过第二代轻子电荷与μ子耦合，避免了对大电荷轻子混合的需求，因而避开了轻子味破坏约束。
• τ子的Yukawa耦合在可重整化层次中不存在，仅底夸克和顶夸克直接获得此类耦合。
• 当Z′质量位于0.8 TeV < M_Z′ < 12.5 TeV范围内时，该模型与直接Z′搜索及其他约束保持一致。
• 通过为所有费米子（包括变形的第三代轻子电荷）精确分配U(1)_F电荷，实现了异常抵消。
• 该模型在不引入微调或味改变复杂性的情况下，自然实现了对B异常的拟合。