[論文レビュー] Flavour physics, supersymmetry and grand unification

Ulrich Nierste|arXiv (Cornell University)|Jul 4, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 10被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、DØ実験データが示唆する$B_s$–$\overline{B}_s$混合における大きなCP対称性の破れの位相が、大気ニュートリノ混合角が右回りのクォーク超対称スクォーク混合を通じてフレーバー変換を引き起こすことで、超対称性の統一理論（SUSY GUT）で説明可能であると提唱している。制約付き最小フレーバー破れ（CMFV）を仮定したSO(10) GUTモデルにおいて、このモデルは、大きな$B_s$混合位相を同時に実現し、すべてのフレーバーおよびヒッグス質量の制約を満たし、$B_s$混合と$\tau \to \mu\gamma$崩壊を相関づけることができ、標準模型のフレーバー物理学における矛盾を解決する有効な解決策を提供する。

ABSTRACT

A global fit to quark flavour-physics data disfavours the Standard Model with 3.6 standard deviations and points towards new CP-violating physics in meson-antimeson mixing amplitudes. Tevatron data call for a new Bs-Bs-bar mixing phase and new physics in Bd-Bd-bar mixing alleviates the tension on the unitarity triangle driven by B(B-> tau nu). In supersymmetric GUT models the large atmospheric neutrino mixing angle can influence b -> s transitions. I present the results of a recent analysis in an SO(10) GUT model which accomodates the large Bs-Bs-bar mixing phase while simultaneously obeying all other experimental constraints.

研究の動機と目的

• 標準模型による$B_s$–$\overline{B}_s$混合位相の予測が、DØデータにより3.9σで不支持されているという、標準模型のフレーバー物理学における矛盾を解消すること。
• 超対称性の統一理論（SUSY GUT）が、観測された大きなCP対称性の破れ位相を自然に説明できるかどうかを検討すること。
• $B_d$混合、$\epsilon_K$、$b \to s\gamma$、$\tau \to \mu\gamma$、ヒッグス粒子質量の制約を同時に満たす、実現可能なSO(10) GUTモデルを構築すること。
• 大気ニュートリノ混合角が、GUTフレームワーク内での右回りのスクォーク混合を通じて、非MFV的$b \to s$遷移を引き起こすメカニズムを示すこと。
• 既存のフレーバー物理学のデータと矛盾を起こさずに、$B_s$混合において大きな新しい物理効果を許容しつつ、その整合性を保つこと。

提案手法

• $B_d$および$B_s$混合、$\epsilon_K$、$B \to \tau\nu$、$b \to s\gamma$を含むクォークフレーバー物理学のデータを包括的にフィットし、標準模型との乖離を特定する。
• 複素数の新しい物理位相を許容する枠組みを用いて、特に$B_s$混合に注目し、$\Delta F = 2$メソン-反メソン混合振幅における新しい物理の影響を分析する。
• 大気ニュートリノ混合角が右回りのスクォーク混合を通じて$b \to s$遷移を引き起こす仕組みを有する、制約付き最小フレーバー破れ（CMFV）を仮定したSO(10) GUTモデルを構築する。
• 重力レンズ効果を用いて、右回りのダウンスクォーク質量行列を計算し、PMNS行列に比例する非対角項とトップヤーコフが誘導する質量差に起因する項を含める。
• GUT対称性の破れ経路SO(10) → SU(5) → SMに従い、$B_s$混合と$\tau \to \mu\gamma$崩壊の間の相関を確立することで、フレーバー保存の予測を保証する。
• スパーティクル質量、$\tan\beta$、および三重項項をパラメータとして変動させる7つのパラメータのみを含むCMMモデルのグローバル数値解析を実施し、妥当なパラメータ領域を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DØデータが示す、標準模型から3.9σ逸脱する大きなCP対称性の破れ位相を持つ$B_s$–$\overline{B}_s$混合を、超対称性GUTモデルが説明可能か。
• RQ2 フレーバー制約に反しない範囲で、大気ニュートリノ混合角をGUTフレームワーク内で$b \to s$遷移とどのように結びつけることができるか。
• RQ3 $B_d$混合、$\epsilon_K$、$b \to s\gamma$、$\tau \to \mu\gamma$の制約を同時に満たしつつ、大きな$B_s$混合位相を実現することは可能か。
• RQ4 右回りのスクォーク混合とPMNS行列要素は、$B_s$混合における新しいCP対称性の破れ位相を生成する上で、どのような役割を果たすか。
• RQ5 SO(10) GUTに従うCMFVを仮定したCMMモデルは、観測された$B_s$混合位相を説明可能であり、測定済みのヒッグス粒子質量およびスパーティクル質量の上限とも整合するか。

主な発見

• フレーバー物理学データのグローバルフィットは、標準模型を3.6σで不支持しており、メソン-反メソン混合振幅に新しいCP対称性の破れの物理が存在することを示唆している。
• DØデータは、$B_s$–$\overline{B}_s$混合に新しいCP位相を要請しており、その有意水準は3.9σに達する。これは標準模型では説明できない。
• CMMフレームワークを用いたSO(10) GUTモデルは、$\epsilon_K$、$B_d$混合、$b \to s\gamma$、$\tau \to \mu\gamma$のすべての実験的制約を満たしつつ、大きな$B_s$混合位相を自然に実現できる。
• GUT対称性の破れ経路に従い、$B_s$混合位相と$\tau \to \mu\gamma$崩壊が相関づけられており、この相関は実験的検証が可能なリンクを提供する。
• CMMモデルにおいて、12個のスクォーク質量のうち8つがほぼ degenerate であり、通常1 TeVを超える。これはLHCの制約と整合している。
• 次元5のオペレーターからの補正は、$B_s$混合の一部が$B_d$および$K$混合に漏れ出すことをもたらし、ユニタリティ三角形フィットにおける矛盾を緩和する助けとなる。