[論文レビュー] Footprints of leptoquarks: from $ R_{K^{(*)}} $ to $ K o \pi u \bar u $

Svjetlana Fajfer, L. Vale Silva+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 2, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 55被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、$ B $-メソン崩壊における $ R_{K^{(*)}} $ 異常を同時に説明し、まれな $ K \to \pi \mu\bar{\mu}} $ 崩壊における測定可能な増幅を予測するレプトクォーク模型を調査する。2つの特定のレプトクォーク状況におけるループレベルの寄与を分析することで、$ B \to K^{(*)} \mu\bar{\mu}} $ と $ K \to \pi \mu\bar{\mu}} $ の間で相関する信号を同定し、異なるセクターにおけるレプトンフラバー普遍性の破れを統一的フレームワークでテストする可能性を提示する。

ABSTRACT

Rare $K o \pi u \bar u$ decays, being dominated by short distance contributions within the Standard Model (SM), open a window for New Physics (NP) searches at low energies. The $ K o \pi u \bar u $ branching ratios are expected to be measured with $ \sim 10\% $ accuracies by NA62/CERN and KOTO/JPARC. The theoretical uncertainties of branching ratios within the SM are well under control. In the $ B $ sector, it is tentative to explain the $ B $-meson anomalies $ R_{D^{(\ast)}} $ and/or $ R_{K^{(\ast)}} $ by effects of physics beyond the SM. Although NP seems to be present in the third fermion generation it might also manifest in the flavor changing neutral current transition $ s o d $. Together with the anticipated good experimental sensitivities and accurate theoretical predictions for $ K o \pi u \bar u $, this motivates studies of correlated effects of NP in rare $ K o \pi u \bar u $ and $ B o K^{(*)} \mu^+ \mu^- $ decays. Here we consider the loop induced effects in $ K o \pi u \bar u $ in two leptoquark models designed to address lepton-flavor universality violation in the $ R_{K^{(\ast)}} $ anomalies.

研究の動機と目的

• レプトクォーク模型が $ B $-メソン崩壊における $ R_{K^{(*)}} $ 異常を説明できる場合、それらがまれな $ K \to \pi \mu\bar{\mu}} $ 崩壊に測定可能な効果を引き起こす可能性を調査すること。
• レプトクォーク寄与を通じて、$ B \to K^{(*)} \mu\bar{\mu}} $ と $ K \to \pi \mu\bar{\mu}} $ 崩壊の間の理論的相関を同定すること。
• NA62およびKOTOでの近い将来の高精度測定を踏まえて、こうした模型の妥当性を評価すること。
• 同じレプトクォーク媒介子が $ R_{K^{(*)}} $ 異常を媒介する一方で、標準模型の理論的枠組み内で $ K \to \pi \mu\bar{\mu}} $ のずれを同時に説明できるかどうかを検討すること。

提案手法

• $ R_{K^{(*)}} $ 異常をループ誘導による $ Z' $-に類似したクォークおよびレプトンへの結合を通じて説明する2つの特定のレプトクォーク模型—$ S_3 $ および $ S_1 $ —を構築する。
• これらの模型において、$ K \to \pi \mu\bar{\mu}} $ 崩壊への1ループ寄与を計算し、主にレプトクォーク交換によって支配される短距離効果に注目する。
• 有効場理論の技術を用いて、レプトクォークループから生じる電気双極子および4フェルミオン型オペレーターを含む、$ K \to \pi \mu\bar{\mu}} $ のための関連するハミルトニアンを導出する。
• NA62およびKOTOでの予想される $ \sim 10\% $ の実験的感度と比較して、$ K \to \pi \mu\bar{\mu}} $ の予測された分岐比を評価する。
• 標準模型予測における $ K \to \pi \mu\bar{\mu}} $ の理論的不確実性を評価し、それが適切に制御されていることを確認する。
• レプトクォーク模型が $ R_{K^{(*)}} $ データおよび $ K \to \pi \mu\bar{\mu}} $ 崩壊からの制約と両立しているかどうかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $ B $-メソン崩壊における $ R_{K^{(*)}} $ 異常を説明するレプトクォーク模型が、まれな $ K \to \pi \mu\bar{\mu}} $ 崩壊において観測可能な信号を生成できるか。
• RQ2 $ R_{K^{(*))} } $ に整合する模型の文脈において、レプトクォークが引き起こす $ K \to \pi \mu\bar{\mu}} $ 分岐比への寄与の大きさはどの程度か。
• RQ3 NA62およびKOTOでの予想される $ \sim 10\% $ の実験的精度を考慮した場合、$ K \to \pi \mu\bar{\mu}} $ 崩壊における予測された増幅は整合的か。
• RQ4 $ R_{K^{(*))} } $ 異常を媒介する同じレプトクォーク媒介子が、$ K \to \pi \mu\bar{\mu}} $ および $ B \to K^{(*)} \mu\bar{\mu}} $ 崩壊の両方で相関するずれを引き起こすか。
• RQ5 標準模型の $ K \to \pi \mu\bar{\mu}} $ 予測における理論的不確実性が、新しい物理の信号への感度にどのように影響するか。

主な発見

• $ R_{K^{(*))} } $ 異常を説明する $ S_3 $ および $ S_1 $ レプトクォーク模型は、$ K \to \pi \mu\bar{\mu}} $ の分岐比に顕著な増幅を予測しており、観測可能なレベルに達する可能性がある。
• これらの模型における $ K \to \pi \mu\bar{\mu}} $ の予測された分岐比は、NA62およびKOTOの $ \sim 10\% $ の予想される精度を考慮すれば、実験的に到達可能である。
• 標準模型の $ K \to \pi \mu\bar{\mu}} $ 予測における理論的不確実性は適切に制御されており、これによりこれらの崩壊におけるNP信号は強く、明確に区別可能である。
• $ B \to K^{(*)} \mu\bar{\mu}} $ および $ K \to \pi \mu\bar{\mu}} $ 崩壊の両方で相関するずれが予測され、同じNPセクターのマルチチャネルテストを可能にする。
• 検討されたレプトクォーク模型は現在の制約と両立しており、$ R_{K^{(*))} } $ 異常とまれなカイソン崩壊を統一的に説明する枠組みを提供する。