[论文解读] Invoking Chiral Vector Leptoquark to explain LFU violation in B Decays

Bhavesh Chauhan, Bharti Kindra|arXiv (Cornell University)|Sep 27, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 25被引用 27

一句话总结

该论文提出了一种手征矢量轻子荷夸克（U₁）模型，以解释B介子衰变中多个轻子味 universality（LFU）的破坏现象，包括近期LHCb测量的R_{J/ψ} ≈ 0.71、R_D^{(*)}和R_{K^{(*)}}异常。该模型通过特定的左手耦合结构，同时在实验不确定度范围内拟合所有异常，且满足稀有衰变和味违反过程的约束。

ABSTRACT

LHCb has recently reported more than $2σ$ deviation from the Standard Model prediction in the observable $R_{J/ψ}$. We study this anomaly in the framework of a vector leptoquark along with other lepton flavor universality violating measurements which include $R_{K^{(*)}}$, and $R_{D^{(*)}}$. We show that a chiral vector leptoquark can explain all the aforementioned anomalies consistently while also respecting other experimental constraints.

研究动机与目标

• 解释LHCb报告的R_{J/ψ} = BR(B_c⁺ → J/ψ τ⁺ ν_τ)/BR(B_c⁺ → J/ψ μ⁺ ν_μ)的最近2σ偏离。
• 一致地解释多个LFU破坏异常：B衰变中的R_D、R_D^{*}、R_K和R_K^{*}。
• 确保与现有实验约束的兼容性，包括BR(B_s → μ⁺μ⁻)和BR(B → τν)。
• 探讨矢量轻子荷夸克模型是否能同时解释带电流（b → cτν）和中性流（b → sμ⁺μ⁻）异常。
• 通过检查对(g-2)_μ、τ → μγ和D_q⁺ → τν的贡献，验证模型的可行性，确保其保持可忽略。

提出的方法

• 采用在SU(3)_c × U(1)_B−L × U(1)_Y下变换为(3,1,2/3)的矢量轻子荷夸克U₁，通过左手耦合介导相互作用。
• 假设左手耦合矩阵g_L^0具有特定结构，仅在第二和第三代中具有非零元，以允许b → cτν和b → sμ⁺μ⁻跃迁。
• 利用CKM和PMNS矩阵将耦合旋转至质量本征态基，以计算衰变振幅。
• 采用[3, 35]中的形式因子，正确计算R_{J/ψ}的强子矩阵元。
• 对实验数据进行全局拟合，允许R_{J/ψ}的2σ不确定度和R_D^{(*)}与R_{K^{(*)}}}的1σ不确定度。
• 纳入BR(B_s → μ⁺μ⁻) = 2.8⁺⁰.⁷₋₀.⁶ × 10⁻⁹和BR(B → τν) = (1.14 ± 0.27) × 10⁻⁴的约束，以检验模型的可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 单一矢量轻子荷夸克模型能否同时解释R_{J/ψ}、R_D^{(*)}和R_{K^{(*)}}}的观测偏离？
• RQ2 该模型是否仍与其它精确味和电弱约束一致，如BR(B_s → μ⁺μ⁻)和(g-2)_μ？
• RQ3 矢量轻子荷夸克的手征耦合如何影响带电流与中性流B衰变过程之间的相互作用？
• RQ4 考虑到R_D^{(*)}的测量值，观测到的R_{J/ψ}异常是否与重夸克自旋对称性预测相容？
• RQ5 同时在实验不确定度范围内拟合所有异常的轻子荷夸克耦合允许的参数空间是什么？

主要发现

• 该模型成功解释了R_{J/ψ}异常，其测量值为0.71 ± 0.17 ± 0.18，与SM预测值0.289 ± 0.010相距约2σ。
• 同一轻子荷夸克模型同时拟合了R_D = 0.403 ± 0.040 ± 0.024和R_D^{*} = 0.310 ± 0.015 ± 0.008，两者分别偏离SM预测约2.2σ和3.4σ。
• 该模型还解释了R_K^{(*)}异常，在低和中间q²区域，R_K^{(*)}表现出2.1–2.5σ的偏离SM预测。
• λ₃ = 2和λ₃ = 3的允许参数空间在图1中可视化，显示与所有异常在1–2σ不确定度范围内的良好一致性。
• 对(g-2)_μ、BR(D_q⁺ → τν)和BR(τ → μγ)的贡献被发现可忽略，确保模型与现有约束一致。
• 该模型在主导阶尊重重夸克自旋对称性，尽管由于R_{J/ψ}的实验不确定度较大，观测到的R_{J/ψ}和R_D^{(*)}值在1σ内并不完全一致。