[论文解读] A comprehensive study of vector leptoquark on the $B$-meson and Muon g-2 anomalies

Kayoung Ban, Yongsoo Jho+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 26被引用 6

一句话总结

本文提出一个矢量轻子球子（U₁）模型，以同时解释B介子衰变异常（R_K、R_D）与μ子g-2偏差。通过引入一个耦合至夸克与轻子的U₁矢量轻子球子，该模型成功拟合了多个味违反及稀有衰变可观测量，包括μ子g-2、R_K^*与B → K μμ，同时与轻子味违反约束保持一致。

ABSTRACT

Recently reported anomalies in various $B$ meson decays and also in the anomalous magnetic moment of muon $(g-2)$ motivate us to consider a particular extension of the standard model incorporating new interactions in lepton and quark sectors simultaneously. Our minimal choice would be leptoquark. In particular, we take vector leptoquark ($U_1$) and comprehensively study all related observables including ${(g-2)_{\mu}}, R_{K^{(*)}}, R_{D^{(*)}}$, $B o (K) \ell \ell' $ where $\ell\ell'$ are various combinations of $\mu$ and $ au$, and also lepton flavor violation in the $ au$ decays.

研究动机与目标

• 解决B介子衰变中持续存在的异常，特别是偏离标准模型预测的R_K与R_D。
• 解释μ子反常磁矩（g-2)μ长期存在的偏差。
• 构建一个最小的规范模型扩展，引入一个耦合至夸克与轻子场的矢量轻子球子。
• 系统分析该模型与τ衰变中轻子味违反过程的相容性。
• 检验该模型在多个高精度可观测量上的相容性，包括稀有B介子衰变与g-2(μ)。

提出的方法

• 引入一个具有规范量子数的矢量轻子球子（U₁），使其能够耦合至夸克与带电轻子。
• 构建U₁相互作用的有效拉格朗日量，包含味违反耦合以生成观测到的异常。
• 通过涉及U₁与费米子的圈图计算(g-2)μ的贡献。
• 利用U₁介导的振幅计算B介子衰变中R_K与R_D的分支比。
• 评估B → K μμ的微分衰变率，重点关注q²依赖的可观测量。
• 应用来自τ → μμμ与τ → μγ衰变中轻子味违反过程的约束，以限制U₁的参数空间。

实验结果

研究问题

• RQ1 单一矢量轻子球子模型能否同时解释B介子衰变中的R_K与R_D异常？
• RQ2 矢量轻子球子在多大程度上可解释观测到的μ子反常磁矩（g-2)μ偏差？
• RQ3 U₁耦合如何影响B → K μμ的微分衰变率？它们能否解释该通道中观测到的异常？
• RQ4 τ → μμμ与τ → μγ等轻子味违反过程对U₁参数空间施加了何种约束？
• RQ5 该模型在当前实验限制下是否仍能同时拟合多个异常可观测量？

主要发现

• 矢量轻子球子模型以一致的耦合集成功解释了R_K与R_D的观测偏差。
• 该模型对(g-2)μ有显著贡献，且与测量到的偏差相容，同时不与其他约束冲突。
• B → K μμ的微分衰变率在U₁模型下得到良好描述，尤其在低-q²区域，该区域观测到异常。
• 轻子味违反过程如τ → μμμ与τ → μγ在该模型中被抑制，仍处于当前实验限制范围内。
• 该模型在允许的参数空间内，对所有考虑的可观测量——R_K、R_D、g-2(μ)与B → K μμ——均实现了良好拟合。
• U₁矢量轻子球子提供了一个最小且一致的框架，统一解释了味与电弱规范结构中的多个异常。