[论文解读] Lepton-flavor universality violation in $R_{D^{(*)}}$ and $R_K$ from warped space

Eugenio Megías, M. Quirós+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 36被引用 16

一句话总结

本文提出了一种翘曲的额外维度模型，其中左手中微子底夸克和τ轻子表现出强烈的复合性，以解释BaBar、LHCb和Belle合作组观测到的$R_{D^{(*)}}$和$R_K$异常中的轻子味 universality 破坏。该模型同时满足所有电弱、味和直接搜索约束，同时预测了超出标准模型的$\bar{B} \to \bar{K} \mu\mu$和$\bar{B} \to \bar{K} \mu\mu$衰变分支比增强。

ABSTRACT

Some anomalies in the processes $b o s\ell\ell$ ($\ell=\mu,e$) and $b o c \ell\bar u_\ell$ ($\ell= au,\mu,e$), in particular in the observables $R_{D^{(\ast)}}$ and $R_K$, have been found by the BaBar, LHCb and Belle Collaborations, leading to a possible lepton flavor universality violation. If these anomalies were confirmed they would inevitably lead to physics beyond the Standard Model. In this paper we provide an explanation of the present anomalies in an extra dimensional theory, solving the naturalness problem of the Standard Model by means of a warped metric with a strong conformality violation near the infra-red brane. All anomalies can be accommodated provided that the left-handed bottom quark and tau lepton have a strong, and the left-handed muon lepton a mild, degree of compositeness in the dual theory. The theory is consistent with all electroweak and flavor observables, and with all direct searches of Kaluza-Klein electroweak gauge bosons and gluons. The fermion spectrum, and fermion mixing angles, can be reproduced by mostly elementary right-handed bottom quarks, and tau and muon leptons. In particular the smoking gun for the $R_{D^{(\ast)}}$ anomaly in our model should be a branching ratio generically larger than the Standard Model prediction, for the processes $\bar B o \bar K au au$ and $\bar B o \bar K u\bar u$ although present bounds still leave a wide room in the parameter space.

研究动机与目标

• 通过翘曲额外维度与强复合性解释BaBar、LHCb和Belle合作组观测到的$R_{D^{(*)}}$和$R_K$中持续存在的轻子味 universality 破坏现象。
• 构建标准模型的自然延伸，通过在红外膜附近存在强共形对称性破坏的翘曲几何来解决层次问题。
• 确保与所有电弱精度可观测量、味改变中性流以及Kaluza-Klein共振的直接搜索相容。
• 使用主要为基本的右手中微子费米子，重现观测到的费米子质量与混合角。
• 识别$R_{D^{(*)}}$异常的决定性信号：$\bar{B} \to \bar{K} \mu\mu$和$\bar{B} \to \bar{K} \mu\mu$衰变中分支比的增强。

提出的方法

• 在红外膜附近采用具有强共形对称性破坏特性的翘曲额外维框架，以动力学方式生成费米子质量的层次结构。
• 在对偶的强耦合理论中引入左手中微子底夸克和τ轻子的强复合性，同时保持μ子轻子弱复合性。
• 利用AdS/CFT对应关系，将强耦合动力学映射为具有复合态和修正耦合的4维有效理论。
• 通过基本右手中微子费米子与复合态之间的微小混合，构建费米子谱和混合角。
• 从Kaluza-Klein模式和复合 sector 贡献中计算有效$ b \to s \ell\ell $和$ b \to c \ell\ell $算符的威尔逊系数。
• 将模型对$R_{D^{(*)}}$和$R_K$的预测与实验数据进行比较，同时施加电弱精度测试和直接搜索的约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有复合性的翘曲额外维模型是否能在不违反现有味或电弱约束的前提下解释$R_{D^{(*)}}$和$R_K$异常？
• RQ2 为解释观测到的异常，左手中微子底夸克和τ轻子需要多高的复合程度？
• RQ3 该模型对$\bar{B} \to \bar{K} \mu\mu$和$\bar{B} \to \bar{K} \mu\mu$分支比的预测与标准模型相比如何？
• RQ4 在此框架中，能否通过主要为基本的右手中微子费米子，一致地重现费米子质量与混合角？
• RQ5 哪些关键实验信号可将该模型与标准模型及其他新物理情景区分开来？

主要发现

• 该模型在测量范围内成功解释了$R_{D^{(*)}}$和$R_K$异常，其中左手中微子底夸克和τ轻子表现出强复合性。
• 预测左手中微子μ子轻子仅具有轻微复合性，这有助于抑制味改变过程的贡献。
• 该模型与当前所有电弱精度可观测量、味改变中性流以及Kaluza-Klein规范玻色子和胶子的直接搜索均保持一致。
• 费米子谱和混合角通过假设右手中微子底夸克、τ和μ子轻子主要为基本粒子而得以重现。
• 该模型预测$\bar{B} \to \bar{K} \mu\mu$和$\bar{B} \to \bar{K} \mu\mu$的分支比普遍高于标准模型预测，为关键实验检验提供了可能。
• 尽管存在当前实验限制，该模型在参数空间中仍存在广阔可行区域，尤其在$\bar{B} \to \bar{K} \mu\mu$衰变模式中。