[論文レビュー] B-factory Signals for a Warped Extra Dimension

Kaustubh Agashe, Gilad Perez+1 more|CERN Bulletin|Jun 9, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、カスタムダイヤル対称性を有する歪んだ余次元（RS1）モデルにおけるフレーバー非保存信号を調査し、電弱精度測定と整合する軽いカルラツァ＝クライン（KK）励起状態が、B物理学において顕著でテスト可能な効果を生成することを示している。主な結果として、右巻きbクォークを含むSMとNP振幅の干渉によって生じる、新しいO(1)のCP非対称信号が、$B \to K^*\gamma$のような放射性B崩壊において発生し、Bファクトリーでの決定的証拠（スモーキング・ガン・シグネチャー）を提供する。

ABSTRACT

We study predictions for B-physics in a class of models, recently introduced, with a non-supersymmetric warped extra dimension. In these models few ($\sim 3$) TeV Kaluza-Klein masses are consistent with electroweak data due to bulk custodial symmetry. Furthermore, there is an analog of GIM mechanism which is violated by the heavy top quark (just as in SM) leading to striking signals at $B$-factories:(i) New Physics (NP) contributions to $ΔF= 2$ transitions are comparable to SM. This implies that, within this NP framework, the success of SM unitarity triangle fit is a ``coincidence'' Thus, clean extractions of unitarity angles via e.g. $B o ππ,ρπ, ρρ, DK$ are likely to be affected, in addition to O(1) deviation from SM prediction in $B_s$ mixing. (ii) O(1) deviation from SM predictions for $B o X_s l^+ l^-$ in rate as well as in forward-backward and direct CP asymmetry. (iii) Large mixing-induced CP asymmetry in radiative B decays, wherein the SM unamibgously predicts very small asymmetries. Also with KK masses 3 TeV or less, and with anarchic Yukawa masses, contributions to electric dipole moments of the neutron are roughly 20 times larger than the current experimental bound so that this framework has a "CP problem".

研究の動機と目的

• カスタムゲージ対称性を有する歪んだ余次元（RS1）モデルにおけるフレーバー構造を調査し、特に軽いカルラツァ＝クライン（KK）モードがフレーバー変換過程に与える影響に焦点を当てる。
• 電弱精度測定からの緊張を受けても、TeVスケールの新しい物理学スケールを持つRS1フレームワークをテストできるB物理学における観測可能なシグネチャーを同定する。
• トップクォークがTeVブレーン付近に局在化することに起因するフレーバー非保存の起源と大きさを検討する。これは、RS-GIM機構を破壊する。
• 中性子電気電離モーメント（EDM）制約の下で、このモデルの妥当性を評価し、マヨラナ型位相に起因する新しいCP問題を特定する。
• このモデルが、特に放射性およびフレーバー変換過程において、顕著でテスト可能なシグネチャーを生成することを確立し、B施設が重要なプローブであることを示す。

提案手法

• フェルミオンとゲージ場をバルクに配置したRS1モデルを分析し、フェルミオン質量は歪んだ余次元における波動関数の局在化によって生じ、ヒッグス粒子はTeVブレーンに局在化している。
• TeVスケールのワープカットオフを持つRS1モデルの有効4次元記述を用い、KKゲージボソンおよびヒッグス粒子の交換によるフレーバー非保存寄与を計算する。
• RS1におけるGIM類似メカニズムの適用：プランクブレーンに近い軽いフェルミオンは、波動関数の重なりによりKKモードによるFCNCを抑制するが、TeVブレーンに近いトップクォークはこの抑制を破る。
• KKフェルミオンおよびヒッグスを含むループ図を用いて、ドライバー演算子 $C_{7\gamma}^{\prime \rm RS}$ へのNP寄与を計算し、TeVブレーン付近での波動関数局在化に起因する結合定数の増幅を考慮する。
• アーチャル5次元ヤコビ係数を用いて右巻きダウンクォーク混合 $ (D_R)_{23} $ を計算し、クォーク質量およびCKM角に一致させる。
• マヨラナ型位相を含む1ループ図を用いて中性子EDMを評価し、2フレーバーでも寄与が抑制されないことを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 カスタム対称性と軽いKKモードを有するRS1モデルにおいて、フレーバー非保存寄与の主な寄与は何か？特に、希少B崩壊における寄与を問う。
• RQ2 トップクォークがTeVブレーンに近接して局在化することで、RS-GIM機構がどのように破壊され、B物理学における観測可能なシグネチャーが生じるか？
• RQ3 NP寄与による $b \to s\gamma$ ドライバー演算子の大きさとフレーバー構造は何か？また、SMと比較するとどうなるか？
• RQ4 SMとNP振幅の干渉によって、放射性B崩壊に顕著なCP非対称信号が生成可能か？
• RQ5 5次元ヤコビ係数の複素位相は、中性子EDM問題を引き起こすが、その程度は何か？また、モデル内でこの問題は解消可能か？

主な発見

• カスタム対称性と軽いKKモード（$m_{\rm KK} \sim 3\,{\rm TeV}$）を有するRS1モデルは、KKフェルミオンおよびヒッグスのループにより、$O(1)$の寄与を $b \to s\gamma$ ドライバー演算子に与える。その寄与は $C_{7\gamma}^{\prime \rm RS}/C_{7\gamma}^{\rm SM} \sim \left( D_R \right)_{23} \left( \lambda_{5D}/4 \right)^2 \left( 3\,{\rm TeV}/m_{\rm KK} \right)^2$ と与えられる。
• 右巻きダウンクォーク混合 $ (D_R)_{23} \sim m_s/m_b \cdot V_{ts}^{-1} \sim {\cal O}(1)$ であり、$b_L \to (s,d)_{R}\gamma$ に対するNP振幅は、$b_R \to (s,d)_{L}\gamma$ のSM振幅と同等の大きさを示す。
• これにより、$B \to K^*\gamma$ および $B_s \to \phi\gamma$ 崩壊において、SMとNP振幅の干渉に起因する、新しいO(1)のCP非対称信号が発生し、決定的証拠（スモーキング・ガン・シグネチャー）を提供する。
• このモデルは、放射性崩壊における純粋な左巻き光子偏光からのずれを予測し、Bファクトリーでテスト可能である。
• 中性子EDMは、マヨラナ型位相を含む1ループ図により、抑制されない寄与を受け、実験的制約を$\mathcal{O}(20)$程度超える。これは顕著なCP問題を示唆する。
• CP問題が存在するが、波動関数局在化と組み込まれた近似的なフレーバー対称性により、このモデルはSMのフレーバーパズルを解消する一方で、B物理学におけるテスト可能なシグネチャーを生成する。