[論文レビュー] Flavour Physics and CP Violation: Expecting the LHC

Robert Fleischer|ArXiv.org|Feb 20, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 18被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、標準模型のカビブォ–コバヤシ–マスカワ（CKM）行列とユニタリティ三角形に注目し、B中間子系におけるフラバー物理学およびCP対称性の破れの包括的な理論的枠組みを提供する。大型ハドロン衝突型加速器（LHC）におけるニューエイジスの可能性を評価し、特にLHCbによるB_s^0 → J/ψφの精密測定、レア崩壊、CP非対称性に注目する。Bファクトリーの制約にもかかわらず、ニューエイジス効果に対する依然として顕著な感度が残っていることが示された。

ABSTRACT

The starting point of these lectures is an introduction to the weak interactions of quarks and the Standard-Model description of CP violation, where the central role is played by the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix and the corresponding unitarity triangles. Since the B-meson system governs the stage of (quark) flavour physics and CP violation, it is our main focus: we shall classify B-meson decays, introduce the theoretical tools to deal with them, investigate the requirements for non-vanishing CP-violating asymmetries, and discuss the main strategies to explore CP violation and the preferred avenues for physics beyond the Standard Model to enter. This formalism allows us then to discuss important benchmark modes, where we will also address the question of how much space for new-physics effects in the B studies at the LHC is left by the recent experimental results from the B factories and the Tevatron.

研究の動機と目的

• 標準模型におけるクォークフラバー物理学およびCP対称性の理論的基盤を教育的導入として提供すること。
• B中間子崩壊および混合がCP対称性の破れを調べるのとCKMメカニズムを検証するのにおける役割を分析すること。
• Bファクトリーおよびテバトロンの結果に続く、B物理学の観測量におけるニューエイジス効果の残存する実験的および理論的余地を評価すること。
• LHC、特にLHCbにおけるB_s^0混合およびレア崩壊におけるニューエイジスを探索するための主要なベンチマーク崩壊モードを特定すること。
• ATLASおよびCMSの高Q²物理学と間接的なフラバーに敏感なプローブとの連携が、ニューエイジス探索においてどのように機能するかを評価すること。

提案手法

• クォーク系におけるCP対称性の破れを記述する中心的理論枠組みとして、カビブォ–コバヤシ–マスカワ（CKM）行列およびそのユニタリティ三角形を用いる。
• 非レプトン的B崩壊におけるハドロン行列要素をモデル化するために、重クォーク効果理論（HQET）および因子化技術を適用する。
• 中性B中間子の時間に依存する崩壊率形式を用いて、CP対称性の破れによる非対称性および混合パラメータを抽出する。
• B → DKおよびB_c → D_s D崩壊におけるCP非対称性を分析するための振幅関係および振幅三角形を導入する。
• 有効ハミルトニアンおよびNPパラメータ空間を用いて、B^0_q – B̄^0_q混合およびB崩壊振幅に及ぼすニューエイジスの影響を評価する。
• Bファクトリーおよびテバトロンからの実験データと理論的予測を比較し、ニューエイジスモデルを制約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在のBファクトリーおよびテバトロンの結果は、B^0_s – B̄^0_s混合およびCP対称性の破れに及ぼすニューエイジス寄与をどの程度制限しているか？
• RQ2 LHCbにおけるB_s^0 → J/ψφおよびレア崩壊において、ニューエイジスを検出するための最も有望な崩壊モードは何か？
• RQ3 ユニタリティ三角形の角度γの精密測定が、異なるダイナミクスを持つニューエイジスをどのように探査できるか？
• RQ4 b → s ピューゲン遷移におけるCP対称性の破れ効果は、どのようにしてニューエイジスの明確なプローブとして機能するか？
• RQ5 LHCの高インテンシティB物理学プログラムは、ATLASおよびCMSの高Q²物理学とどのように連携し、ニューエイジス探索を補完するか？

主な発見

• Bファクトリーのデータは、標準模型のCKMメカニズムによるCP対称性の破れと全体的に整合しているが、B → πKのパズルのような不一致の兆候が、ニューエイジス効果の可能性を示唆している。
• LHCによるΔM_sの測定は、B^0_s – B̄^0_s混合におけるニューエイジス寄与の余地を十分に残しており、特にB_s^0 → J/ψφ崩壊モードにおいて顕著である。
• ゴールデンモードとされるB^0_s → J/ψφは、混合におけるニューエイジスを探索するのに特に強力であり、CP非対称性の測定には格子QCD計算を必要としない。
• レア崩壊B^0_s → μ⁺μ⁻は、標準模型において非常に抑制された分岐比が予測されるため、ニューエイジスの明確なプローブである。
• B^0_d → K*⁰μ⁺μ⁻崩壊モードは、ピューゲン媒介遷移におけるニューエイジスの感受性を高め、角度分布が追加の制約を提供する。
• BファクトリーおよびCDFでD⁰ – D̄⁰混合の証拠が観測されたが、長距離効果が解釈を複雑にする。CP対称性の破れ効果は、ニューエイジスの明確な信号となるだろう。