[論文レビュー] Introduction to Flavour Physics and CP Violation

Monika Blanke|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 55被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、標準模型（SM）およびその先のフレーバー物理学とCP対称性の破れについて包括的な紹介を提供しており、クォークのフレーバー力学、CKM行列、および有効場理論的手法に焦点を当てている。フレーバー違反過程、特に中性KおよびB中間子の崩壊において、TeVスケールの新しい物理を感受するための鋭いプローブとして機能することを説明している。主な洞察は、中性中間子の混合、希少崩壊、および最小フレーバー違反（MFV）やランダル＝サンドラム理論のようなモデルからのものである。

ABSTRACT

These lecture notes provide an introduction to the theoretical concepts of flavour physics and CP violation, based on a series of lectures given at the ESHEP 2016 summer school. In the first lecture we review the basics of flavour and CP violation in the Standard Model. The second lecture is dedicated to the phenomenology of K and B meson decays, where we focus on a few representative observables. In the third lecture we give an introduction to flavour physics beyond the Standard Model, both within the framework of Minimal Flavour Violation and beyond.

研究の動機と目的

• 標準模型におけるフレーバー物理学およびCP対称性の破れの理論的基盤について、教育的入門を提供すること。
• KおよびB中間子崩壊におけるフレーバー違反過程が、標準模型を超える新しい物理を精密に探査するプローブとしてどのように機能するかを説明すること。
• フレーバー階層を説明し、FCNC（フレーバー変換型中性荷電流）を抑制するための、最小フレーバー違反（MFV）や部分的に複合的なフェルミオンモデルといった主要な理論枠組みを紹介すること。
• ε、ε′、K→πνν̄、およびb→sμ+μ−の異常といった実験的観測量を、新しい物理スケールの制約に結びつけること。
• LHCのnull結果を踏まえて、特にフレーバーおよびCP対称性の破れを介した新しい物理の間接的探索の重要性を動機づけること。

提案手法

• 有効場理論およびオペレーター積展開を用いて、標準模型におけるフレーバー変換型中性荷電流（FCNCs）を記述する。
• クォークのフレーバー遷移を記述するため、3つの混合角と1つの複素位相を持つCKM行列のパrametrizationを適用する。
• クォークレベルの遷移から、希少崩壊の有効ハミルトニアンを導出し、クォークレベルの力学と中間子崩壊観測量を結びつける。
• フレーバー変換型中性荷電流（FCNCs）への新しい物理の寄与を自然に抑制する対称性に基づくメカニズムとして、最小フレーバー違反（MFV）の概念を導入する。
• 部分的に複合的なフェルミオンとそのランダル＝サンドラム枠組みにおける5次元双対を分析し、波動関数の局在化によってフレーバー階層を説明する。
• AdS/CFT対応を用いて、5次元ボリュームフェルミオン質量パrameterが4次元の複合性およびヤコビ型結合定数の抑制にどのように関係するかを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クォークのヤコビ結合定数とCKM行列は、標準模型においてどのようにフレーバーおよびCP対称性の破れを生成するのか？
• RQ2 KおよびB中間子崩壊における主要な観測量は何か。それらはどのように有効場理論を用いて計算されるのか？
• RQ3 最小フレーバー違反や部分的に複合的なフェルミオンといったモデルは、フレーバー変換型中性荷電流（FCNCs）を抑制しつつ、TeVスケールの新しい物理を許容するのか？
• RQ4 ランダル＝サンドラムモデルは、クォーク質量および混合角の階層をどのように動的に説明するのか？
• RQ5 K+→π+νν̄やb→sμ+μ−のような希少崩壊は、標準模型を超える新しい物理をどのようにクリーンに探査するのか？

主な発見

• 3つの混合角と1つの複素位相でパラメータ化されたCKM行列は、標準模型におけるフレーバーおよびCP対称性の破れの主因である。
• KL→μ+μ−崩壊の小さな崩壊断面積とK0−K̄0混合におけるCP対称性の破れの必要性が、発見以前に charm クォークおよび top クォークの予測をもたらした。
• 希少K→πνν̄崩壊は理論的にクリーンな新しい物理の探査手段であり、TeVスケールよりもはるかに高いスケールでの新しい寄与に敏感である。
• B中間子における半レプトン的b→sμ+μ−遷移における異常、例えば角度分布や前後方向非対称性のずれは、3–4σのレベルで新しい物理の可能性を示唆している。
• 最小フレーバー違反（MFV）は、新しい物理のFCNCへの寄与が、標準模型と同様の階層的構造によって自然に抑制されることを保証し、予測可能な相関関係を生じさせる。
• ランダル＝サンドラムモデルにおいて、ヤコビ結合定数の指数的抑制は、フェルミオンのゼロモードが余剰次元に沿って局在化することに起因し、フレーバー階層の動的起源を提供する。