[論文レビュー] Direct and indirect searches for New Physics

F. Mahmoudi|arXiv (Cornell University)|May 14, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、LHCbによる$B_s\to\mu^+\mu^-$および$B\to K^*\mu^+\mu^-$崩壊の最新結果を踏まえ、超対称モデルに対するフラーバー物理学からの間接的制約について包括的な分析を提示している。これらの稀な崩壊は、特に大きな$\tan\beta$領域において、直接探索と補完的かつ強力な制約を提供しており、$B_s\to\mu^+\mu^-$の分岐比上限（$<4.5\times10^{-9}$）が新しい物理学の寄与を強く抑制していることが示された。

ABSTRACT

An overview of the indirect constraints from flavour physics on supersymmetric models is presented. We study in particular constraints from Bs -&gt; mu+mu- and B -&gt; K* mu+mu-, emphasising on the new LHCb results. We show that these rare transitions provide valuable information in the search for new physics and are complementary to the direct searches.

研究の動機と目的

• 最近のLHCb測定が超対称モデルにおける間接的制約に与える影響を評価すること。
• 稀な$B$崩壊と直接コライダー探索の相補的役割を新しい物理学の探査において評価すること。
• $B_s\to\mu^+\mu^-$および$B\to K^*\mu^+\mu^-$の観測量が、現象的MSSM（pMSSM）をどの程度制約するかを定量化すること。
• 間接的制約がMSSMパラメータ空間の特定領域において直接探索の限界を上回ることを示すこと。
• 中程度の$\tan\beta$値を調べるうえで、$B\to K^*\mu^+\mu^-$の角度関数が果たす役割を強調すること。

提案手法

• 12個の局所的オペレーター（$O_9$, $O_{10}$および新しいスカラー・ピアスカラー型オペレーター$Q_1$, $Q_2$を含む）のウィルソン係数を用いて、$b\to s$遷移を有効場理論で記述する。
• 既知の異常次元行列を用いて、$\mu \sim M_W$から$\mu \sim m_b$へのランゲージ群の進化を適用する。
• 有効ハミルトニアンと標準模型（SM）の入力値を用いて、$B_s\to\mu^+\mu^-$および$B\to K^*\mu^+\mu^-$の分岐比と角度分布を計算する。
• LHCbおよびCMSによる$B_s\to\mu^+\mu^-$の制約を適用し、19パラメータの現象的MSSM（pMSSM）に対して一様なスキャンを実施する。
• SuperIsoプログラムを用いて、$B\to K^*\mu^+\mu^-$の角度係数、前後方向非対称性、偏光分率を含むフラーバー観測量を計算する。
• フラーバー物理学データの一貫した入出力のため、Flavour Les Houches Accord（FLHA）標準を採用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCbによる$B_s\to\mu^+\mu^-$の最新結果は、超対称モデルのパラメータ空間をどの程度制約するか？
• RQ2 MSSMパラメータ空間のどの領域で、間接的フラーバー制約が直接コライダー探索の限界を上回るか？
• RQ3 $B\to K^*\mu^+\mu^-$崩壊における角度関数は、$B_s\to\mu^+\mu^-$とどのように補完的であるか？
• RQ4 $B_s\to\mu^+\mu^-$の分岐比上限は、pMSSMにおける大きな$\tan\beta$領域をどの程度抑制するか？
• RQ5 20%の総不確実性を伴う未来の測定が、pMSSMの点の除外にどの程度の影響を及けるか？

主な発見

• LHCbによる$\text{BR}(B_s\to\mu^+\mu^-) < 4.5\times10^{-9}$（95%信頼区間）の上限は、標準模型予測$(3.53\pm0.38)\times10^{-9}$と非常に良好に一致しており、新しい物理学の寄与を強く制約している。
• 大きな$\tan\beta$領域におけるpMSSMは強く抑制されており、20%の不確実性を伴う標準模型に類似した測定下では、許容可能な点の密度が3倍に減少している。
• ($M_A$, $\tan\beta$）平面において、$M_A$が小さく$\tan\beta$が大きな領域が$B_s\to\mu^+\mu^-$制約の影響を最も強く受ける。
• $B\to K^*\mu^+\mu^-$の角度関数は、$B_s\to\mu^+\mu^-$が感度が低い中程度の$\tan\beta$値において、重要な補完的情報を提供する。
• $B_s\to\mu^+\mu^-$の分岐比が標準模型予測未満に測定されれば、広範な超対称モデルの類型が除外されることになる。
• 理論的および実験的不確実性が低減すれば、未来の$B\to K^*\mu^+\mu^-$からの制約により、MSSMパラメータ空間の有効な領域が著しく縮小される可能性がある。