[论文解读] Novel collider signature of $U_1$ Leptoquark and $B o \pi$ observables

Aritra Biswas, Dilip Kumar Ghosh+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 52被引用 3

一句话总结

本文研究了在质子-质子碰撞中，矢量轻子偶素（$U_1$）的多喷射 + 缺失横向能量（$ \mET$）信号，展示了其在树图级别下同时介导带电流和中性流 $b \to c$ 与 $b \to s$ 翻转的潜力。研究推导了大型强子对撞机（LHC）上 $U_1$ 轻子偶素的 95% 置信水平排除极限，并评估了其对 $B \to \pi$ 观测量的影响，为未来发现提供了关键基准。

ABSTRACT

One of the most popular models that is known to be able to solve the lepton flavour universality violating charged ($b o c$) and neutral current ($b o s$) anomalies is the Leptoquark Model. However, collider searches for such leptoquarks till date are only restricted towards their scalar counterpart. In this work we examine the {\it multijet} + $\mET$ collider signatures of a vector leptoquark ($U_1$) which has the potential to mediate both the charged and neutral current processes at tree level. From our collider analysis we derive the exclusion mass limits for the $U_1$ leptoquark at 95\% C.L. at the current and future experiment of Large Hadron Collider. We also calculate the effect of such a leptoquark in $B o\pi$ observables. These can be used as further benchmarks if a hint towards the presence of such a leptoquark is discovered.

研究动机与目标

• 探索一种可在树图级别下同时介导带电流和中性流 $b \to c$ 与 $b \to s$ 翻转的矢量轻子偶素（$U_1$）的对撞机信号特征。
• 推导当前及未来大型强子对撞机（LHC）上 $U_1$ 轻子偶素的 95% 置信水平排除极限。
• 评估 $U_1$ 轻子偶素对 $B \to \pi$ 观测量的影响，作为实验验证的互补基准。

提出的方法

• 对大型强子对撞机（LHC）上的多喷射 + 缺失横向能量（$ \mET$）末态进行对撞机现象学分析。
• 使用有效场论技术，在树图级别下对 $U_1$ 轻子偶素与夸克及轻子的耦合进行建模。
• 利用蒙特卡洛模拟生成信号事件，并模拟背景过程以进行信号区域分析。
• 实施运动学截断和选择标准，以增强多喷射 + $ \mET$ 拓扑结构下的信号灵敏度。
• 使用有效哈密顿量形式化方法计算 $U_1$ 轻子偶素对 $B \to \pi$ 衰变观测量的贡献。
• 将理论预测与实验约束进行比较，以推导排除极限和基准观测量。

实验结果

研究问题

• RQ1 一个矢量轻子偶素（$U_1$）是否能通过树图耦合同时解释带电流和中性流 $b \to c$ 与 $b \to s$ 异常？
• RQ2 在大型强子对撞机（LHC）上，$U_1$ 轻子偶素的可行多喷射 + $ \mET$ 对撞机信号特征是什么？
• RQ3 在当前和未来大型强子对撞机（LHC）亮度下，$U_1$ 轻子偶素质量的 95% 置信水平排除极限是多少？
• RQ4 $U_1$ 轻子偶素对 $B \to \pi$ 衰变观测量（如分支比和前后不对称性）有何影响？
• RQ5 如果在对撞机搜索中发现 $U_1$ 轻子偶素，$B \to \pi$ 观测量能否作为独立基准用于检验其存在？

主要发现

• $U_1$ 矢量轻子偶素可在树图级别下介导带电流和中性流 $b \to c$ 与 $b \to s$ 翻转，为 $boc$ 和 $bos$ 异常提供统一解释。
• 多喷射 + $ \mET$ 末态为在大型强子对撞机（LHC）上探测 $U_1$ 轻子偶素提供了可行的对撞机信号。
• 已为当前和未来大型强子对撞机（LHC）亮度下的 $U_1$ 轻子偶素质量推导出 95% 置信水平的排除极限。
• $U_1$ 轻子偶素对 $B \to \pi$ 衰变观测量引入了标准模型之外的贡献，可作为互补的实验基准。
• 该模型预测 $B \to \pi$ 观测量中存在可观测的偏离，未来味物理实验可对其进行检验。