[論文レビュー] Constraining RS Models by Future Flavor and Collider Measurements: A Snowmass Whitepaper

Kaustubh Agashe, Martin Bauer+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 3, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 32被引用数 8

ひとこと要約

このSnowmass白書は、将来のフラバー物理学実験とコライダー探索がクォーカーおよびレプトンのフラバーを記述するランダル＝サンダー（RS）モデルをどのように制約するかを調査する。木ノードのフラバー違反過程（カイオンおよびB中間子におけるもの）とコライダーのフェイジングを分析することで、LHCbおよび希少崩壊実験の将来の測定が、KKスケールが10 TeVまでに達するRSモデルを探索可能であると予想される。一方、レプトンフラバー実験（Mu2eやMEGなど）は、アナルチックな状況下で80 TeVまでのスケールを制約する。

ABSTRACT

Randall-Sundrum models are models of quark flavor, because they explain the hierarchies in the quark masses and mixings in terms of order one localization parameters of extra dimensional wavefunctions. The same small numbers which generate the light quark masses suppress contributions to flavor violating tree level amplitudes. In this note we update universal constraints from electroweak precision parameters and demonstrate how future measurements of flavor violation in ultra rare decay channels of Kaons and B mesons will constrain the parameter space of this type of models. We show how collider signatures are correlated with these flavor measurements and compute projected limits for direct searches at the 14 TeV LHC run, a 14 TeV LHC luminosity upgrade, a 33 TeV LHC energy upgrade, and a potential 100 TeV machine. We further discuss the effects of a warped model of leptons in future measurements of lepton flavor violation.

研究の動機と目的

• 将来のフラバー物理学実験、特に希少カイオンおよびB中間子崩壊からランダル＝サンダー（RS）モデルへの制約を評価すること。
• カリューラ＝クライン共振子の直接的コライダー探索とフラバー観測量の相補性を調査すること。
• 特に電気双極子モーメントおよび希少ミューオン崩壊を通じた、ねじれられた追加次元モデルにおけるレプトンフラバー破れの影響を評価すること。
• 14 TeV LHC、光度およびエネルギーのアップグレード、100 TeVマシンを含む将来のコライダーの感度を、RSモデルのパラメータに投影すること。
• フラバー測定がヒッグス構造の背後にあるゲージ群構造をヘリシティパターンの識別によって特定できるかどうかを特定すること。

提案手法

• 標準模型（SM）の場を高次元に配置し、ヒッグスをIRブレーンに局在化させることで、波動関数の局在化によってフラバー階層をモデル化する5次元のねじれた追加次元フレームワークを使用する。
• 小規模な局在化パラメータに依存することで、木ノードのフラバー変換中性荷電現在を抑制するRS-GIM機構を適用する。
• 有効場理論とオペレータ解析を用いて、$K \to \pi \nu\bar{nu}$、$K_L \to \mu^+\mu^-$、および$B \to \pi \nu\bar{nu}$におけるフラバー違反振幅を計算する。
• KKグルーオンおよびゲージボソンの信号モデル化を用いて、コライダーの到達範囲を予測する。質量スケールは$m_{G^{(1)}} \approx 2.5\,M_{\mathrm{KK}}$であり、軽いクォークへのカップリングを含む。
• $\mu \to e\gamma$、$\mu \to eee$、およびEDMsといったレプトンフラバー観測量を評価し、ヤコビ係数と$M_{\mathrm{KK}}$の制約を導出する。
• 電弱精度データおよびCP対称性破れ制約を用いて、最小RSモデル（カスティーディアン対称性なし）とカスティーディアン保護付きモデルの間で比較的分析を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 将来の$K \to \pi \nu\bar{\nu}$および$K_L \to \mu^+\mu^-$測定は、RSモデルにおけるクォーク局在化パラメータをどの程度制約するか？
• RQ2 RSモデルにおけるフラバー違反観測量とカリューラ＝クライン共振子の直接的コライダー署名との相関関係は何か？
• RQ3 将来のレプトンフラバー実験（Mu2e や MEG など）は、ねじれたモデルにおけるレプトンの新しい物理スケールをどの程度探査できるか？
• RQ4 Tパラメータおよび$Zb_L\bar{b}_L$カップリングの制約は、最小RSモデルの妥当なパラメータ空間をどのように形作るか？
• RQ5 希少崩壊における新しい物理のヘリシティ構造が、RSモデルにおける異なる本質的ゲージ群構造を区別できるか？

主な発見

• 将来の${\cal B}(K_L \to \mu^+\mu^-)$および${\cal B}(K^+ \to \pi^+ \bar{\nu}\nu)$測定は、新しい物理のヘリシティ構造を特定でき、$SU(2)_L \times SU(2)_R$保護型と最小RSモデルを区別する。
• ORKA共同研究の提案する$K \to \pi \nu\bar{\nu}$測定は、クォーク局在化パラメータを高精度で探査可能であり、RSモデル構造への独自の視点を提供する。
• 14 TeV LHC、その光度アップグレード、および33 TeVアップグレードの予想される制約は、モデルや信号選択に応じて$M_{\mathrm{KK}}$を最大10 TeVまで制約可能である。
• アナルチックなRSモデルでは、$\mu \to e\gamma$および$\mu \to eee$が最も感受性が高く、現在のデータから$M_{\mathrm{KK}} > 20$ TeVの制約を設定する。
• 次世代実験（Mu2e や MEG など）は、アナルチックな状況下で$M_{\mathrm{KK}} \gtrsim 80$ TeVまで探査可能であり、現在の制約を著しく拡張する。
• Tパラメータおよび$Zb_L\bar{b}_L$カップリングの制約は、最小RSモデルでは$M_{\mathrm{KK}} \gtrsim 5$ TeV、カスティーディアン保護付きバージョンでは$\gtrsim 2$ TeVを要請するが、$K\bar{K}$系におけるCP対称性破れは、$>8$ TeVの境界を押し上げる。