[論文レビュー] Flavor physics and CP violation

Gino Isidori|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 61被引用数 44

ひとこと要約

この論文は、標準模型のフレーバー構造、BおよびDメソンの崩壊の素粒子的現象論、標準模型を超える拡張を含め、フレーバー物理学とCP対称性の破れについて包括的な概説を提供している。理論的フレームワークと実験的制約を提示し、重いフレーバーの崩壊におけるフレーバー力学と新しい物理の兆候を理解するための基盤的参照を提供する。

ABSTRACT

Lectures on flavor physics presented at the 2012 CERN HEP Summer School. Content: 1) flavor physics within the Standard Model, 2) phenomenology of B and D decays, 3) flavor physics beyond the Standard Model.

研究の動機と目的

• 標準模型内におけるフレーバー物理学の役割、特にクォーク混合とCP対称性の破れとの関係を説明すること。
• BおよびDメソン崩壊の素粒子的現象論を分析し、CP非対称性とフレーバー変化過程に焦点を当てる。
• フレーバーの異常や新しいCP対称性の破れの源を扱う、標準模型を超える理論的モデルを探索すること。
• 現在の実験的制約とフレーバー物理学の今後の方向性を理解するための教育的フレームワークを提供すること。

提案手法

• クォーク混合と標準模型におけるCP対称性の破れを記述するためのCabibbo-Kobayashi-Maskawa（CKM）行列の適用。
• BおよびD崩壊におけるフレーバー変化中性荷電現在をモデル化するための有効場理論的手法の使用。
• 因子化と摂動的QCDを用いた、BおよびD崩壊における励起的および包含的崩壊の崩壊振幅とCP非対称性の分析。
• BファクトリーおよびLHCbからの実験データを統合し、新しい物理モデルの制約を加える。
• Froggatt-Nielsen機構や最小フレーバー不変性といった、フレーバー対称性に基づくモデルの調査。
• 新しい物理の寄与が、$B \to K^{(*)} \mu^+ \mu^-$ や $B_s \to \mu^+ \mu^-$ といったレア崩壊に与える影響の評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CKM行列は標準模型においてどのようにCP対称性の破れを生成するのか。また、BおよびD崩壊におけるその素粒子的現象論的結果は何か。
• RQ2 BおよびDメソン崩壊におけるフレーバー変化中性荷電現在の理論的および実験的制約の主な要因は何か。
• RQ3 拡張されたヒッグス系やレプトクォークを含む新しい物理モデルは、フレーバー観測量とCP非対称性をどのように変更するのか。
• RQ4 最近の $B \to K^{(*)} \mu^+ \mu^-$ 崩壊における異常は、標準模型を超える新しい物理にどのような含意を持つのか。
• RQ5 フレーバー対称性の原理は、フレーバー破れ過程への新しい物理の寄与を整理し制約するためにどのように役立つか。

主な発見

• CKM行列は、標準模型におけるCP対称性の破れを一貫した枠組みで記述でき、$B^0 \to \pi^+ \pi^-$ や $B^0 \to J/\psi \, K^0_{S}$ といったB中間子崩壊において測定可能な効果を示している。
• BファクトリーおよびLHCbからの実験データは、$B \to K^{(*)} \ell^+ \ell^-$ 崩壊における分岐比とCP非対称性について、標準模型の予測と良好に一致している。
• $B \to K^{(*)} \mu^+ \mu^-$ 崩壊分布における異常、特に$q^2$-統合された前後非対称性において、新しい物理の寄与が示唆されている。
• レプトクォークやZ'ボソンを含むモデルは、他のフレーバー制約と矛盾することなく、$B \to K^{(*)} \mu^+ \mu^-$ におけるずれを説明できる。
• 最小フレーバー不変性仮説は、フレーバー変化中性荷電現在を効果的に抑制し、現在のレア崩壊に関する実験的境界と整合している。
• U(1)フレーバー対称性を含むフレーバー対称性に基づくモデルは、クォーク質量と混合の階層的構造を自然に説明できる。