[論文レビュー] FCNC Processes Waiting for the Next Decade

Andrzej J. Buras|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、次世代の標準模型を越える新しい物理を探索するための、次世代の10年間におけるフレーバー物理学の20の主要な目標を概説している。特に、希少過程と精度測定に注目し、FCNC過程、電気双極子モーメント、および$(g-2)_\mu$が200 TeVまでのエネルギースケールを直接探査可能であることを強調している。超対称フレーバー理論モデルは、$S_{\psi\phi}$、$\varepsilon_K$、および$\mu \to e\gamma$における異常を同時に説明する可能性を示している。

ABSTRACT

FCNC processes are expected to offer us a deep insight into the physics at very short distance scales. We present a list of 20 goals in quark and lepton flavour physics that could be reached already in the next decade. This list includes also flavour conserving observables like electric dipole moments of the neutron and leptons and (g-2)_μ. Subsequently we will present some aspects of these goals by concentrating on supersymmetric flavour models. A much more extensive presentation of this material can be found in my recent EPS09 talk.

研究の動機と目的

• 次世代におけるフレーバー物理学の最も有望な実験的・理論的ターゲットを特定すること。
• 希少崩壊、CP非対称性、電気双極子モーメントが、標準模型を越える新しい物理を明らかにする可能性を評価すること。
• 超対称フレーバー理論モデルが、$S_{\psi\phi}$、$\varepsilon_K$、$(g-2)_\mu$、およびレプトンフレーバー不変性の破れを同時に説明できるかを検討すること。
• 現在のデータが標準模型と整合しているかを評価すること、特に$\varepsilon_K$と$S_{\psi K_S}$の間の緊張関係に注目すること。

提案手法

• ハドロン行列要素（$\hat{B}_K$、$F_{B_s}$、$F_{B_d}$）の精度を向上させるために、格子QCD計算を用い、$\varepsilon_K$および$B_{s,d} \to \mu^+\mu^-$の標準模型予測を高精度で行う。
• MFV、CMFV、RVV2、AKM、$\delta$ LLの各新しい物理モデルにおいて、$S_{\psi\phi}$、$Br(B_{s} \to \mu^+\mu^-)$、$Br(\tau \to \mu\gamma)$などの観測量の相関を分析する。
• LHCb、Super-Belle、および将来のSFF施設からの改善された測定結果が、CKM行列要素の決定と標準模型の検証に与える影響を評価する。
• MFVおよびCMFVの仮説を理論的枠組みとして用い、FCNC過程における新しい物理の寄与を制約する。
• 数値シミュレーションとモデル依存の解析を用いて、さまざまなNPモデルにおけるBrの最大増幅とCP非対称性の増幅を予測する。
• CDF、D0、LHCbからの実験的データと理論的予測を比較し、標準模型の予測$S_{\psi\phi} \approx 0.04$を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CDFおよびD0が観測した$S_{\psi\phi} \approx 0.81$は、新しい物理によって説明可能か、それとも統計的ゆらぎにすぎないか？
• RQ2 更新された格子QCD計算による$\hat{B}_K$の結果を用いた場合、測定された$\varepsilon_K$の値は標準模型の予測と整合的か？
• RQ3 超対称フレーバー理論モデルは、$(g-2)_\mu$の異常、$S_{\psi K_S}$の異常、および大きな$A_{\rm CP}^{bs\gamma}$を同時に説明できるか？
• RQ4 さまざまな新しい物理モデルにおいて、$Br(K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu})$、$Br(K_L \to \pi^0 \nu\bar{\nu})$、$Br(B_s \to \mu^+\mu^-)$、$S_{\psi\phi}$の最大増幅はどれほどか？
• RQ5 LHCbおよびSuper-Bからの$|V_{ub}|$、$\gamma$、$|V_{cb}|$の精度測定は、CKMユニタリティの現在の緊張を解消できるか？

主な発見

• 更新された格子QCDによる$\hat{B}_K$の結果は、標準模型の予測と$\varepsilon_K$の測定値との間に潜在的な緊張を示唆しており、新しい物理の寄与の可能性を示している。
• CDFおよびD0が観測した$S_{\psi\phi} \approx 0.81^{+0.12}_{-0.32}$は、標準模型の予測値$\approx 0.04$と顕著に異なり、新しい物理の信号である可能性を示唆している。
• $\delta$ LL超対称モデルでは、大きな$A_{\rm CP}^{bs\gamma}$と$(g-2)_\mu$の異常に対する解決策が自動的に結びつくが、右側のカレントを持つモデルでは$A_{\rm CP}^{bs\gamma}$は標準模型に近い値をとる。
• RVV2モデルでは$Br(\mu \to e\gamma) \geq 10^{-9}$を予測しており、これはSuper-B装置の性能範囲内にあるが、AKMモデルではその感度に達しない。
• MFVおよびCMFVモデルでは、$Br(B_s \to \mu^+\mu^-)$が最大1000%まで増幅可能である一方、$S_{\psi\phi}$は標準模型の値0.04に近いまま保たれる。
• RScモデルでは、$Br(K_L \to \pi^0 \nu\bar{\nu})$（最大150%増幅）および$S_{\psi\phi}$（最大0.75まで）の大幅な増幅が可能であり、異常を説明する有力な候補である。