[論文レビュー] Simplified models of flavourful leptoquarks

Ivo de Medeiros Varzielas, Jim Talbert|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 66被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、標準模型の質量項から引き継がれる残留アーベルフレーバー対称性を組み込んだ、簡素化されモデルに依存しないレプトクォークのフレームワークを提案する。これらの対称性を課すことにより、著者らはレプトクォークのヤコビ係数カップリングを、たった一つの自由パラメータを持つ非常に予測可能なパターンに制限する。同時に、陽子崩壊を自然に抑制し、B中間子の崩壊における$R_{K^{(*)}}$の異常を説明できる。

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.

研究の動機と目的

• 半レプトン的B崩壊における$R_{K^{(*))}}$の異常を、簡素化されたレプトクォークモデルを用いて説明すること。
• 紫外理論由来の残留グローバルアーベルフレーバー対称性が、レプトクォークカップリングに与える影響を調査すること。
• 既存のフレーバーデータと対称性原理を用いて、レプトクォークヤコビ係数構造を制約すること。
• 追加のモデル構築なしに、スカラーSU(2)トリプレットレプトクォークモデルにおける陽子崩壊を自然に抑制すること。
• 最小限で予測可能なフレームワークにおいて、$R_{K^{(*))}}$の異常とフレーバーパuzzleの両者を統一的に解決すること。

提案手法

• 単一のレプトクォーク拡張における標準模型のヤコビ係数系が、残留グローバルアーベルフレーバー対称性に対して不変であると仮定する。
• これらの対称性を、標準模型フェルミオン質量項から引き継がれるUVフレーバー理論の痕跡とみなす。
• レプトクォーク表現にこれらの対称性制約を適用し、ヤコビ係数カップリングの自由パラメータ数を削減する。
• 得られたフレーバー構造を、B中間子崩壊の文脈で分析し、特に$R_{K^{(*))}}$観測量に注目する。
• 対称性制約下でのスカラーSU(2)トリプレットレプトクォークの陽子崩壊率を評価する。
• 既存の実験的フレーバーデータを用いて、得られたヤコビ係数パターンの妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 残留グローバルアーベルフレーバー対称性は、簡素化モデルにおけるレプトクォークのヤコビ係数カップリングをどのように制約するか？
• RQ2 これらの対称性は、$R_{K^{(*))}}$の異常を説明すると同時に、既存のフレーバー物理学の制約を満たすことができるか？
• RQ3 この対称性フレームワークは、スカラーSU(2)トリプレットレプトクォークにおいて、陽子崩壊を自然に抑制するか？
• RQ4 これらの対称性制約下で、レプトクォークカップリングを記述するために必要な最小自由パラメータ数はいくつか？
• RQ5 モデルに依存しない簡素化されたフレームワークにおいて、$R_{K^{(*))}}$の異常とフレーバーパuzzleの両者を統一的に説明できるか？

主な発見

• レプトクォークヤコビ係数カップリングは、$Ø(10)$の非常に予測可能なパターンに制限され、それぞれがたった一つの自由パラメータを持つ。
• 残留フレーバー対称性は、$R_{K^{(*))}}$の異常をうまく説明すると同時に、既存のフレーバーデータと整合的である。
• スカラーSU(2)トリプレットレプトクォーク表現からの陽子崩壊は、追加のモデル構築なしに自然に抑制される。
• このフレームワークは、簡素化されモデルに依存しない形式で、$R_{K^{(*))}}$の異常とフレーバーパズルの両者を同時に説明する。
• このアプローチは、標準模型に類似したクォーク-レプトン階層を維持しながら、有効なレプトクォークカップリング構造の最小集合を生成する。
• 対称性制約により、非常に予測可能な構造が得られ、レプトクォークモデルのパラメータ空間は、少数の明確に区別可能なテスト可能なパターンにまで削減される。