[論文レビュー] Flavour Theory: 2009

Andrzej J. Buras|arXiv (Cornell University)|Oct 6, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 276被引用数 24

ひとこと要約

この論文は2010年代のフラバー物理学のビジョンあるロードマップを提示し、短距離スケールでの新しい物理学を調べるための20の主要な実験的・理論的目標を特定している。特に、レア崩壊、軽レプトンフラバー違反、電気双極子モーメント、および (g−2)μを通じて。MFV、MSSM、Littlest Higgs、ランダル＝サンズモデルなどのモデルにおける観測量の相関を強調し、2–3 TeV未塔のスケールで標準模型を超える物理学を露呈するための精度テストを提唱している。

ABSTRACT

After an overture and a non-technical exposition of the relevant theoretical framework including a brief discussion of some of the most popular extensions of the Standard Model, we will compile a list of 20 goals in flavour physics that could be reached already in the next decade. In addition to K, D and B_{s,d} decays and lepton flavour violation also flavour conserving observables like electric dipole moments of the neutron and leptons and (g-2)_μare included in this list. Flavour violation in high energy processes is also one of these goals. Subsequently we will discuss in more detail the most urgent issues for the coming years in the context of several extensions of the Standard Model like models with Minimal Flavour Violation, the general MSSM, the Littlest Higgs Model with T parity, Randall-Sundrum models and supersymmetric flavour models. This presentation is not meant to be a comprehensive review of flavour physics but rather a personal view on this fascinating field and an attempt to collect those routes that with the help of upcoming experiments should allow us to reach a much deeper understanding of physics, in particular flavour physics, at very short distance scales.

研究の動機と目的

• 次の10年間におけるフラ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し、短距離スケールでの新しい物理学の間接的プローブに焦点を当てる。
• レア崩壊、電気双極子モーメント、(g−2)μといった精度観測量が、加速器エネルギーが限られているにもかかわらず、200 TeVまでの新しい物理学を調べられることを強調する。
• 階層問題とフェルミオン質量階層の両方を扱う理論をモデルビルドの指針とする。特に3 TeV未塔の新しい物理学を有する理論を重視する。
• 異なる新しい物理学モデルを区別する強力なツールとして、フラバー観測量間の相関の利用を提唱する。
• 高エネルギー加速器探索と低エネルギー精度フラバー実験の連携を推進し、フラバーの根本的理論を解明する。

提案手法

• フラバー物理学における20の高優先度の目標のリストを提示し、フラバー保存およびフラバー破れ過程をカバーする。
• 最小フラバー違反（MFV）、一般MSSM、T対称性を有するLittlest Higgs、ランダル＝サンズ、および超対称フラバー理論モデルといった主要な新しい物理学モデルがフラバー観測量に与える予測力の分析を行う。
• 15の主要な観測量を横断的に比較するための「DNA」テーブルを用い、感度を示すために信号強度（★、★★、★★★）を割り当てる。
• 量子ループ効果がフラバー破れおよびCP破れ過程において高エネルギースケールのプローブとして果たす役割を強調する。
• 有効場理論および最小フラバー違反を含む標準模型の理論枠組みに依拠して、ずれの解釈を行う。
• レア崩壊（例：$B_s \to \mu^+\mu^-$、$K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$）および $\mu \to e\gamma$ などのレア過程における精度測定の重要性を強調する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 加速器エネルギーが限られているにもかかわらず、200 TeVまでの新しい物理学スケールに最も感受性が高いフラバー観測量は何か？
• RQ2 レア崩壊、電気双極子モーメント、および $(g-2)_\mu$ 間の相関は、競合する新しい物理学モデルを区別するためにどのように役立つか？
• RQ3 一般MSSM、Littlest Higgs、またはランダル＝サンズモデルは、実験的制約に反しない範囲で、現在のフラバーデータの矛盾をどの程度説明できるか？
• RQ4 フェルミオン質量および混合の観察された階層は、1つの根本的な新しい物理学メカニズムによって説明可能か？そして、今世紀の10年間でどのように検証可能か？
• RQ5 $B_s$、$D^0$、および $K$ システムにおける精度測定が、3 TeV未塔の新しい物理学を検出または制約するために果たす役割は何か？

主な発見

• $B_s \to \mu^+\mu^-$崩壊は、MFV、FBMSSM、LHTモデルにおいて、ほとんどの新しい物理学モデルで大きなずれを示すと予測されており、新しい物理学の主要なプローブとなる。
• 中性子（$d_n$）および電子（$d_e$）の電気双極子モーメントは、新しい物理学に対して非常に感受性が高く、MFV、FBMSSM、RSモデルでは強く信号が期待される。
• $(g-2)_\mu$の異常は、MFV、FBMSSM、RSモデルで大きく予測されており、TeVスケールでの新しい物理学との関連を示唆している。
• レプトンフラバー違反の $\mu \to e\gamma$ は、MFV、FBMSSM、LHT、RSモデルで強く予測されており、すべてで★★★の信号が得られ、高い感受性が示されている。
• レア $K$ 崩壊、特に $K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$ および $K_L \to \pi^0 \nu\bar{\nu}$ は、MFV、FBMSSM、RSモデルで非常に感受性が高く、★★★の予測がなされている。
• $B \to K^{(*)} \nu\bar{\nu}$ および $B \to K^* \mu^+\mu^-$ 観測量はモデル依存性が強く、特にFMBSSMおよびRSモデルでは、$A_7$、$A_8$、$A_9$ などの角度非対称性に顕著なずれが予想される。