[論文レビュー] Minimal flavour violation and beyond: Towards a flavour code for short distance dynamics

Andrzej J. Buras|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 55

ひとこと要約

本稿では、短距離ダイナミクスに注目して、フレーバーおよびCP対称性の破れのパターンに基づき、新しい物理（New Physics）モデルを分類するための3×3フレーバーコード行列を提案する。B中間子および中性K中間子の崩壊における相関を分析することで、最小フレーバー対称性（MFV）と非MFVのシナリオを区別し、右側のカレントやスカラー相互作用を含むモデルを含む、フレーバー対称性の破れの背後にあるダイナミクスを系統立てて特定するフレームワークを提供する。

ABSTRACT

This decade should provide the first definitive signals of New Physics (NP) beyond the Standard Model (SM) and the goal of these lectures is a review of flavour physics in various extensions of the SM that have been popular in the last ten years. After an overture, two pilot sections and a brief summary of the structure of flavour violation and CP violation in the SM, we will present the theoretical framework for weak decays that will allow us to distinguish between different NP scenarios. Subsequently we will present twelve concrete BSM models summarizing the patterns of flavour violation characteristic for each model. In addition to models with minimal flavour violation (MFV) accompanied by flavour blind phases we will discuss a number of extensions containing non-MFV sources of flavour and CP violation and, in particular, new local operators originating in right-handed charged currents and scalar currents. Next we will address various anomalies in the data as seen from the point of view of the SM that appear very natural in certain extensions of the SM. In this presentation selected superstars of this field will play a very important role. These are processes that are very sensitive to NP effects and which are theoretically clean. Particular emphasis will be put on correlations between various observables that could allow us to distinguish between various NP scenarios. Armed with this knowledge we will propose a coding system in a form of a 3*3 matrix which helps to distinguish between various extensions of the SM. Finding which flavour code is chosen by nature would be an important step towards the fundamental theory of flavour. We give several examples of flavour codes representing specific models.

研究の動機と目的

• フレーバーおよびCP対称性の破れのパターンに基づき、特に短距離ダイナミクスの文脈で、新しい物理（BSM）モデルを系統立てて分類するフレームワークを開発すること。
• 右側のカレント、スカラー相互作用、フレーバーに依存しないもしくは依存する位相を含む、最小フレーバー対称性（MFV）と非MFVのシナリオを区別すること。
• 競合する新しい物理モデルを区別できる、レアなB中間子および中性K中間子崩壊における観測可能な相関を特定すること。
• フレーバー対称性の構造を符号化する3×3行列に基づくコーディングシステムを提案し、実験的探索および理論的発展を導くこと。
• 将来の実験（LHC、Belle II、SFF、EDMs）が、フレーバー系のデータに生じる矛盾を解消し、フレーバー対称性の正しきダイナミクスを特定する可能性を評価すること。

提案手法

• 左側のカレント、右側のカレント、およびスカラー相互作用の有無に基づき、さまざまなBSMモデルにおけるフレーバー対称性の破れの構造を符号化する3×3フレーバーコード行列（FCM）を構築する。
• MFVモデル、超対称的拡張、および右側の荷電カレントやスカラー相互作用といった非MFVの源を有するモデルを含む12の具体的なBSMモデルを分析する。
• レア崩壊（例：$B_{s,d} o au^+ au^-$、$K^+ o u ar{ u}$、$K_L o u ar{ u}$）からの理論的予測と実験的制約を用いて、特徴的なフレーバーパターンをマップアウトする。
• 観測量の相関、例えば$S_{\text{ψK}_S}$、$S_{\text{ψφ}}$、$S_{\text{η'K}_S}$、および$Br(B_{s,d} o au^+ au^-)$を評価し、モデル間の区別に役立てる。
• 特定のモデル（例：RVV2、$SSU(5)_{RN}$）のFCMを比較し、特に$S_{\text{ψK}_S}$および関連する観測量におけるフレーバー対称性の破れのパターンの違いを同定する。
• フレーバーに依存しない位相（FBPs）および非MFV位相については、さらなる研究が必要なため、未完成なままにし、現在のコーディング手法の限界を認めている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3×3フレーバーコード行列は、フレーバーおよびCP対称性の破れのパターンに基づき、さまざまな新しい物理モデルを効果的に区別できるか？
• RQ2 レア崩壊観測量（例：$S_{\text{ψK}_S}$、$Br(B_{s,d} o au^+ au^-)$）の相関は、MFVと非MFVのモデルを区別するのにとっても重要か？
• RQ3 右側のカレントやスカラー相互作用を有するモデルは、B中間子および中性K中間子崩壊において、MFVの予測からどれほどずれるか？
• RQ4 フレーバーコード行列は、RVV2と$SSU(5)_{RN}$のようなモデルの違いを、特に$S_{\text{ψK}_S}$およびその相関において捉えられるか？
• RQ5 将来の実験（Belle II、LHC、SFF、EDMs）は、提案されたフレーバーコーディングシステムの妥当性を検証するか、あるいは改良する役割を果たすか？

主な発見

• 3×3フレーバーコード行列は、左側のカレント、右側のカレント、およびスカラー相互作用の有無を符号化することで、BSMモデルのフレーバー構造に基づく系統的な分類を可能にする。
• 右側のカレントを有するモデル（例：RVV2）は、$S_{\text{ψK}_S}$および$S_{\text{ψφ}}$、$S_{\text{η'K}_S}$との相関において、明確に異なるパターンを示し、MFVおよび他の非MFVモデルとは区別される。
• $SSU(5)_{RN}$モデルはRVV2モデルと類似性を示すが、特に$S_{\text{ψK}_S}$の相関において、フレーバー対称性の破れのパターンに重要な違いを示す。
• （MFV, RH）のエントリは常に空である。これはMFVが質量比（$m_s/m_b$、$m_d/m_b$など）による右側カレントの抑制を意味するためである。
• フレーバーコード行列は、非フレーバーに依存しない位相（例：RScモデル）を含む状況では、まだすべてのモデル的特徴を完全に捉えられていないため、改良の必要がある。
• $S_{\text{ψK}_S}$、$Br(B_{s,d} o au^+ au^-)$、$K^+ o u ar{\nu}$の間の相関は、モデルの区別に不可欠であり、将来のLHCおよびBelle IIのデータにおいて中心的な役割を果たすだろう。