[論文レビュー] CP Violation In and Beyond the Standard Model

Yosef Nir|ArXiv.org|Nov 11, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 19

ひとこと要約

この論文は、標準模型およびその拡張におけるCP対称性の破れの包括的な理論的分析を提供しており、B、K、D崩壊におけるCP非対称性が新しい物理を探索するのをどう活用できるかに焦点を当てている。標準模型におけるB崩壊のCP非対称性の予測を詳細に説明し、超対称性、左右対称模型、拡張スカラー系、ベクトル型のダウンクォークといった4つの新しい物理の枠組みをレビューしており、それぞれが特徴的なCP対称性の破れのシグネチャを示し、今後の実験に与える影響を強調している。

ABSTRACT

The special features of CP violation in the Standard Model are presented. The significance of measuring CP violation in B, K and D decays is explained. The predictions of the Standard Model for CP asymmetries in B decays are analyzed in detail. Then, four frameworks of new physics are reviewed: (i) Supersymmetry provides an excellent demonstration of the power of CP violation as a probe of new physics. (ii) Left-right symmetric models are discussed as an example of an extension of the gauge sector. CP violation suggests that the scale of LRS breaking is low. (iii) The variety of extensions of the scalar sector are presented and their unique CP violating signatures are emphasized. (iv) Vector-like down quarks are presented as an example of an extension of the fermion sector. Their implications for CP asymmetries in B decays are highly interesting.

研究の動機と目的

• CP対称性の破れの理論的枠組みを標準模型において説明し、CKM行列が果たす役割とその特徴を強調すること。
• B中間子崩壊におけるCP非対称性の標準模型の予測を分析し、特にCP固有状態の最終状態に注目すること。
• 今後のB、K、D崩壊に関する実験が標準模型をどのように検証し、それ以上の新しい物理を探索するかを検討すること。
• 超対称性、左右対称性、拡張スカラー系、ベクトル型クォークといった4つの主要な新しい物理の枠組みをレビューし、それぞれが特徴的なCP対称性の破れのシグネチャを有することを明らかにすること。
• CP対称性の破れの測定が、新しい物理のスケールや性質を明らかにする可能性を評価すること、特に独立したCP対称性の破れ位相の数や、フレーバー対角またはレプトン系におけるCP対称性の破れの有無を含む。

提案手法

• B、K、D崩壊におけるCP対称性の破れの観測量をモデルに依存しない分析により、CP固有状態の最終状態における非対称性に注目する。
• 標準模型の複素ヤコビ係数と小林・益川のメカニズムを用いて、B崩壊におけるCP非対称性の予測を導出する。
• K系におけるεKおよびε′Kパラメータを、モデルに依存しないおよび標準模型固有の両方のアプローチを用いて分析し、ペンギンおよび木葉の貢献の役割を含む。
• KL→π⁰νν̄のレア崩壊を、特にZ媒介のFCNC貢献を通じて、新しい物理を高感度で探査する手段として評価する。
• 4つの新しい物理の枠組みをレビューする：超対称性（ソフト対称性破れ項における複素位相を伴う）、左右対称模型（自発的CP対称性の破れ）、拡張スカラー系（新しいCP奇のヒッグスカップリング）、ベクトル型のダウンクォーク（フレーバー変化効果）。
• 有効場理論および振幅レベルの計算を用いて、新しい物理が標準模型のCP非対称性および分岐比の予測をどのように修正するかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B崩壊におけるCP非対称性、特にB→ψKsにおいて、標準模型をどのようにテストし、新しい物理を探索するか？
• RQ2 KL→π⁰νν̄崩壊の測定が、標準模型を超える新しい物理を制限するために果たす意義は何か？
• RQ3 超対称性、左右対称性、拡張スカラー系、ベクトル型クォークといった異なる新しい物理の枠組みは、標準模型と比較してCP対称性の破れのパターンをどのように変化させるか？
• RQ4 εKおよびε′Kの小さな値は、標準模型で説明可能か、それとも新しいCP対称性の破れの源を示唆するか？
• RQ5 フレーバー対角とフレーバー変化のCP対称性の破れを区別する実験的シグネチャは何か、そしてそれらはどのように検出可能か？

主な発見

• 標準模型では、第一および第二世代を含むB崩壊におけるCP非対称性は小さいが、第三世代を含む過程、例えばB→ψKsでは非対称性が1に近い値をとると予測されている。
• BR(K⁺→π⁺νν̄)およびBR(KL→π⁰νν̄)の測定により、有効Udsカップリングの大きさと位相を決定でき、Z媒介のFCNC振幅における新しい物理の直接的探査が可能になる。
• KL→π⁰νν̄に大きな新しい物理の寄与があるモデルでは、分岐比がO(10⁻¹⁰)に達し、非対称性パラメータaπννがO(1)に近づく可能性があり、標準模型の予測から顕著に逸脱する。
• 超対称性は、ソフト対称性破れ項における追加のCP対称性の破れ位相を導入し、CP非対称性および電気双極モーメントに観測可能な効果をもたらす可能性がある。
• 左右対称模型では、K系におけるCP対称性の破れが示唆するように、左-右対称性の破れスケールはおそらく低いと考えられる。
• ベクトル型のダウンクォークを含む拡張は、特にフレーバー変化中性荷電現在の過程において顕著なCP非対称性を生成でき、新しい物理の明確なシグネチャを提供する。