[論文レビュー] CP Violation From Standard Model to Strings

Tarek Ibrahim, Pran Nath|arXiv (Cornell University)|May 14, 2007

Particle accelerators and beam dynamics被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、標準模型から超弦理論に至るまで、CP対称性の破れについて包括的なレビューを提供し、バリオジェネシス、電気双極子モーメント（EDM）、ヒッグス系の素粒子物理学的現象、および超対称性および追加次元モデルにおけるダークマターにおけるその役割を分析している。CP対称性の破れが、$g-2$、ヒッグス崩壊、および陽子安定性といった観測量に与える影響を強調しており、特にEDMの制約とコライダーの信号に注目している。

ABSTRACT

A review of CP violation from the Standard Model to strings is given which includes a broad landscape of particle physics models, encompassing the non-supersymmetric 4D extensions of the standard model, and models based on supersymmetry, on extra dimensions, on strings and on branes. The supersymmetric models discussed include complex mSUGRA and its extensions, while the models based on extra dimensions include 5D models including models based on warped geometry. CP violation beyond the standard model is central to achieving the desired amount of baryon asymmetry in the universe via baryogenesis and leptogenesis. They also affect a variety of particle physics phenomena: electric dipole moments, $g-2$, relic density and detection rates for neutralino dark matter in supersymmetric theories, Yukawa unification in grand unified and string based models, and sparticle production cross sections, and their decays patterns and signatures at hadron colliders. Additionally CP violations can generate CP even-CP odd Higgs mixings, affect the neutral Higgs spectrum and lead to phenomena detectable at colliders. Prominent among these are the CP violation effects in decays of neutral and charged Higgs bosons. Neutrino masses introduce new sources of CP violation which will be explored in neutrino factories in the future. Such phases can also enter in proton stability in unified models of particle interactions. The current experimental status of CP violation is discussed and possibilities for the future outlined.

研究の動機と目的

• 素粒子物理学のモデル、標準模型から超弦理論に至るまで、CP対称性の破れを体系的にレビューすること。
• レプトゲネシスおよびバリオジェネシスを通じて観測されたバリオン非対称性を生成するCP対称性の破れ位相の役割を分析すること。
• 特に超対称性および超弦のコンact化モデルにおける新物理モデルに対する電気双極子モーメント（EDM）からの制約を検討すること。
• CP位相が$g-2$、ヒッグス崩壊、中性ノイザーのダークマター、陽子安定性、およびコライダー信号といった主要な観測量に与える影響を調査すること。
• 今後の実験的プローブ、特に改良されたEDM探索、LHCb、Super Belle、およびニュートリノ工場を同定すること。

提案手法

• 標準模型におけるCP対称性の破れをレビューし、強いCP問題およびCKM行列に焦点を当てる。
• 非超対称および超対称的拡張を分析し、複素mSUGRAおよびその拡張を含む。
• 5次元および歪んだ追加次元モデルにおけるCP対称性の破れを検討し、オービフォールドおよびD-brane構成を含む。
• Fierz再結合およびスキューク/中性ノイザー交換図を用いて、EDMおよび中性ノイザー-クォーク散乱の有効ラグランジュアンを導出する。
• 実行可能なキャンセル機構を含む、EDM、クロモエレクトリック、およびグルーオン双極子演算子に対する、微分方程式の統合的適用を適用する。
• CPsuperHのような計算ツールを用いて、CP対称性の破れを持つMSSMのヒッグススペクトルおよび崩壊断面積を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超対称モデルにおけるCP対称性の破れ位相は、レプトンおよびクォークの電気双極子モーメントにどのように影響を与えるか？
• RQ2 CP対称性の破れは、レプトゲネシスおよびバリオジェネシスを通じて、宇宙におけるバリオン非対称性を生成する役割を果たすか？
• RQ3 超弦コンパクト化およびD-braneモデルにおけるCP対称性の破れ位相は、コライダーで観測可能なシグネチャーをどのようにもたらすか？
• RQ4 CP位相は、特にCP偶性/奇性の混合およびチャージドヒッグスの崩壊に関して、ヒッグスボソンの崩壊にどのように影響を与えるか？
• RQ5 GUTおよびSUSYモデルにおける中性ノイザーのダークマター検出および陽子安定性に関して、CP対称性の破れ位相がもたらす影響は何か？

主な発見

• MSSMにおけるCP対称性の破れ位相は、$g_\tau - 2$に顕著な影響を与え、ストップ粒子の交換が異常磁気モーメントに寄与する。
• 電子およびミューオンのEDMは実験によって制約されており、その値はスフェルミオンおよびゲージノー質量行列内の複素位相に依存する。
• クロモエレクトリックおよび純粋にグルーオン双極子演算子がクォークEDMに寄与し、実験的制約を満たすためにはキャンセル機構が必要である。
• ヒッグス系におけるCP対称性の破れ位相は、CP偶性/CP奇性の混合を引き起こし、中性ヒッグススペクトルを変化させ、ヒッグス崩壊における観測可能なシグネチャーを生じさせる。
• $H^-\to \bar{t}b$および$H^-\to \bar{\nu}_\tau \tau$のようなチャージドヒッグス崩壊はCP位相に敏感であり、コライダーでの信号としての可能性を有する。
• CPsuperHコードにより、複素位相を含むCP対称性の破れを持つMSSMヒッグス系の数値的解析が可能となり、崩壊断面積および質量スペクトルを含む。