[论文解读] 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 2

一句话总结

本文提出了一种简化的、与模型无关的轻子球子框架，该框架结合了来自标准模型质量项的残余全局阿贝尔味对称性。通过强制实施这些对称性，作者将轻子球子的约基耦合限制为仅少数几种高度可预测的模式——每种模式仅含一个自由参数——同时自然地抑制了质子衰变，并解释了底介子衰变中的$R_{K^{(*)}}$异常。

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.

研究动机与目标

• 使用简化轻子球子模型解决半轻衰变中$B$-介子的$R_{K^{(*)}}$异常问题。
• 探讨源自紫外味理论的残余全局阿贝尔味对称性如何影响轻子球子耦合。
• 利用现有的味物理数据和对称性原理约束轻子球子约基结构。
• 在标量SU(2)三重态轻子球子模型中，无需额外的模型构建即可自然抑制质子衰变。
• 在最小化、可预测的框架中，统一解决$R_{K^{(*)}}$异常与味谜题。

提出的方法

• 假设单个轻子球子扩展标准模型的约基区具有残余全局阿贝尔味对称性不变性。
• 将这些对称性视为来自标准模型费米子质量项的紫外味理论的残余。
• 应用对称性约束于轻子球子表示，以减少约基耦合中的自由参数数量。
• 在$B$-介子衰变的背景下分析由此产生的味结构，重点关注$R_{K^{(*))}}可观测量。
• 在对称性约束下评估标量SU(2)三重态轻子球子的质子衰变速率。
• 利用现有的实验味物理数据检验所得约基模式的可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 残余全局阿贝尔味对称性如何约束简化模型中轻子球子的约基耦合？
• RQ2 这些对称性能否同时解释$R_{K^{(*)}}$异常并满足现有的味物理约束？
• RQ3 该对称性框架是否能自然地抑制标量SU(2)三重态轻子球子的质子衰变？
• RQ4 在这些对称性约束下，描述轻子球子耦合所需的最少自由参数数量是多少？
• RQ5 能否在与模型无关的简化框架中，统一解释$R_{K^{(*)}}$异常与味谜题？

主要发现

• 轻子球子约基耦合被限制为$Ø(10)$种高度可预测的模式，每种模式仅含一个自由参数。
• 残余味对称性成功解释了$R_{K^{(*)}}$异常，同时与现有味物理数据一致。
• 标量SU(2)三重态轻子球子的质子衰变在无需额外模型构建的情况下自然被抑制。
• 该框架在简化、与模型无关的形式中，同时解释了$R_{K^{(*)}}$异常与味谜题。
• 该方法保持了标准模型类夸克-轻子层级结构，同时生成了一组最小的可行轻子球子耦合结构。
• 对称性约束导致高度可预测的结构，将轻子球子模型的参数空间缩减为少数几种明确且可检验的模式。