[论文解读] An $SU(15)$ Approach to $B$ Anomalies

Claudio Corianò, Paul H. Frampton|arXiv (Cornell University)|Jul 5, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

该论文提出一个SU(15)大统一理论，其中位于伴随表示中的标量轻子对子自然解释了观测到的B介子衰变中的B异常——特别是轻子味 universality (LFU) 的破坏。该模型通过质量依赖的Yukawa耦合自然解释了μ子到电子衰变率的增强，预测在B→K(∗)νν̄和B+→K+τ+τ−等稀有衰变中出现显著的LFU破坏增强，且在如τ→μγ等LFV过程中具有可检验的信号。

ABSTRACT

The most efficient way to extend the Standard Model of particle theory so that it accommodates the observed B anomalies is the hypothesis of a leptoquark which is a color-triplet weak-singlet boson with electric charge $Q=+\frac{2}{3}$. We point out that SU(15) grand unification with a scalar leptoquark in the adjoint representation gives a natural explanation for the violation of lepton flavour universality. We briefly discuss biquarks and bileptons.

研究动机与目标

• 为了解释观测到的B异常，特别是B介子衰变中轻子味 universality (LFU) 的破坏。
• 为了在大统一理论框架内提供LFU破坏的自然机制。
• 为了将导致B异常的轻子对子识别为SU(15)伴随表示中的标量Higgs。
• 为了预测新的信号，如LFV衰变（例如τ→μγ）和增强的稀有B衰变。
• 为了在单一SU(15)框架内统一轻子对子、双夸克和双轻子作为基本粒子。

提出的方法

• 假设SU(15)大统一，所有夸克-轻子家族处于fundamental 15表示。
• 将位于224维伴随表示中的轻子对子识别为包含72个在SM规范群下变换的轻子对子。
• 区分自旋-1（规范）和自旋-0（Higgs）轻子对子，由于LFU破坏的要求，偏好标量Higgs。
• 使用质量依赖的Yukawa耦合（Mμ/Me ≈ 200）自然解释B衰变中观测到的LFU破坏。
• 由于Higgs Yukawa结构，预测B→K(∗)νν̄和B+→K+τ+τ−衰变中出现LFU破坏增强。
• 通过理论论证将LFU破坏与轻子味破坏（LFV）联系起来，预测可观测过程如τ→μγ和Bs→τμ。

实验结果

研究问题

• RQ1 SU(15)大统一理论能否自然解释观测到的B异常，特别是B衰变中轻子味 universality (LFU) 的破坏？
• RQ2 为何SU(15)中的轻子对子导致μ子衰变率相对于电子衰变率增强，尽管SM预测LFU？
• RQ3 SU(15)的Higgs规范对在生成观测到的LFU破坏耦合中起什么作用？
• RQ4 是否存在由解释B异常的同一机制产生的可检验的轻子味破坏（LFV）预测？
• RQ5 SU(15)伴随表示能否将轻子对子、双夸克和双轻子统一为基本粒子？

主要发现

• SU(15)伴随Higgs包含一个Q = +2/3，B = +1/3，L = +1的轻子对子，与B异常所青睐的粒子一致。
• 该模型通过质量依赖的Yukawa耦合（Mμ/Me ≈ 200）自然解释了RK = 0.84 ± 0.04和RK* = 0.69 ± 0.09中的观测到的LFU破坏。
• 该理论预测在B+ → K+τ+τ−和Bs → τ+τ−等稀有B衰变中出现显著增强，且LFU破坏效应超出SM。
• 该模型预测可观测的轻子味破坏（LFV）过程，如τ → μγ、τ → μφ和Bs → τμ，这些将证实该机制。
• SU(15)中无质子衰变是一个关键优势，因为所有伴随分量均具有明确的B和L量子数。
• 224表示还包含72个双夸克和4个双轻子，表明其为基本双费米子提供统一框架，其中双轻子可能在MY ≈ 1.3 TeV处作为共振态被探测到。