[論文レビュー] Next to Minimal Flavor Violation

Kaustubh Agashe, Michele Papucci+2 more|ArXiv.org|Sep 13, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 49

ひとこと要約

本稿は、TeVスケールの新しい物理学（NP）が第三世代クォークに強く結合し、ヤコビ行列と準整合的であるという、次に最小限のフレーバー破れ（NMFV）フレームワークを導入する。これにより、電弱精度およびフレーバー制約に反しない範囲で、フレーバー変換過程へのNP寄与が最大で〜40%のSM振幅に達することが可能になる。このモデルは、第一および第二世代のフレーバー変換を抑制することで厳密な制約を回避し、$B_s$混合および$b\to s$遷移におけるテスト可能なNPシグナルを提供する。

ABSTRACT

The flavor structure of a wide class of models, denoted as next to minimal flavor violation (NMFV), is considered. In the NMFV framework, new physics (NP), which is required for stabilization of the electroweak symmetry breaking (EWSB) scale, naturally couples (dominantly) to the third generation quarks and is quasi-aligned with the Yukawa matrices. Consequently, new sources of flavor and CP violation are present in the theory, mediated by a low scale of few TeV. However, in spite of the low flavor scale, the most severe bounds on the scale of NP are evaded since these are related to flavor violation in the first two generations. Instead, one typically finds that the NP contributions are comparable in size to SM loop processes. We argue that, in spite of the successful SM unitary triangle fit and contrary to the common lore, such a sizable contribution to Delta F=2 processes of ~ 40% (with arbitrary phase) compared to SM is presently allowed since B-factories are only beginning to constrain these models. Thus, it is very interesting that in the NMFV models one is not forced to separate the scale of NP related to EWSB and the scale of flavor violation. We show briefly that this simple setup includes a wide class of supersymmetric and non-supersymmetric models all of which solve the hierarchy problem. We further discuss tests related to Delta F=1 processes, in particular the ones related to b -> s transition. The b -> s processes are computed using two different hadronic models to estimate the uncertainties involved. In addition, we derive constraints on the NP from B -> Kpi data using only SU(3) flavor symmetry and minimal dynamical assumptions. Finally we argue that in many cases correlating Delta F=2 and Delta F=1 processes is a powerful tool to probe our framework.

研究の動機と目的

• 電弱対称性破れ（EWSB）とフレーバー系の分離が見られる最小フレーバー破れ（MFV）とは異なり、TeVスケールの新しい物理学（NP）を第三世代に接続しつつ、階層問題を解決するフレームワークを構築すること。
• MFVフレームワークを拡張し、第三世代クォークに特に関与する、低スケール（数TeV）のフレーバーおよびCP対称性の破れ源を導入し、ヤコビ行列と準整合的であるようにすること。
• このようなNPが$\Delta F=2$過程（例：$K^0$-$\bar{K}^0$および$B_s^0$-$\bar{B}_s^0$混合）に与える寄与が、SMのループレベル効果と同等の大きさに達することを示し、厳密なフレーバー制約を満たしつつも、依然として妥当であることを示すこと。
• $B\to \phi K_S$および$\eta'K_S$における異常を踏まえ、$\Delta F=2$および$\Delta F=1$過程（例：$b\to s\gamma$、$B\to K\pi$）の相関関係をNMFVフレームワークのプローブとして探ること。
• NMFV構造とスケール抑制を満たすことで、超対称性、リトル・ヒッグス、ランダール＝サンズモデルなど、広範なUV完全モデルがNMFVフレームワークに含まれることを示すこと。

提案手法

• 新しい物理学（NP）が第三世代クォークに強く結合し、上型および下型ヤコビ行列と準整合的であるモデルに依存しない有効場理論フレームワークを構築する。
• 第三世代クォークのみを含む新しい四フェルミオン型オペレーターを導入し、フレーバー破れのスルーピオン源として用いる。これらのオペレーターは数TeVのスケールで抑制される。
• 因子化およびQCD和則の2つの異なるハドロン的モデルを用いて、$b\to s$遷移振幅を計算し、$B\to K\pi$崩壊における不確実性を推定する。
• SU(3)フレーバー対称性と最小の動的仮定を用いて、特定のモデル詳細に依存せずに$B\to K\pi$データからのNP制約を導出する。
• $B_s$混合および$B\to (\eta', \phi)K_S$における$\Delta F=2$および$\Delta F=1$過程の相互作用を分析し、予測可能な相関関係を特定する。
• NMFVフレームワークが超対称性、リトル・ヒッグス、ランダール＝サンズモデルなどのさまざまなUV完全モデルを含むことを示す。これには、NMFVスルーピオン構造およびスケール抑制との整合性を示すことが含まれる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 第三世代クォークに強く結合する低スケール（数TeV）の新しい物理学セクターは、$K^0$-$\bar{K}^0$混合からの厳密なフレーバー制約を回避できるか？
• RQ2 $\Delta F=2$過程（例：$B_s^0$-$\bar{B}_s^0$混合）におけるNP寄与が、実験的制約に反しない範囲でSMの短距離寄与と同等の大きさに達する可能性はどの程度か？
• RQ3 $\Delta F=2$および$\Delta F=1$過程（例：$B_s$混合および$B\to (\eta', \phi)K_S$）の相関関係は、NMFVフレームワークを他のNPモデルと区別する手がかりとなるか？
• RQ4 $B\to \phi K_S$および$\eta'K_S$崩壊における観測された異常は、NMFVフレームワーク内での数TeVスケールのNP寄与で説明可能か？
• RQ5 リトル・ヒッグスのような高次元モデル（例：ランダール＝サンズ）において、ゼロモードとKaluza-Kleinフェルミオンの混合が、$\Delta F=1$および$\Delta F=2$の相関関係に与える影響はどの程度か？

主な発見

• NPが$\Delta F=2$過程に与える寄与は、任意の位相を含めて最大で〜40%のSM振幅に達する可能性があり、現在の実験的制約と整合的である。特にBファクトリーがまだデータを蓄積中であるため、その妥当性は高い。
• NMFVフレームワークは、EWSB安定化のスケール（数TeV）とフレーバー破れのスケールを直接接続可能であり、MFVモデルで見られる二段階のスケール階層を回避する。
• $b\to s$遷移において、SMの$Z$ペニンゲン振幅と同等のNP寄与は、最近の$B\to \phi K_S$および$\eta'K_S$崩壊における異常を説明可能であり、$B\to K\pi$データとも整合的である。
• $\Delta F=2$および$\Delta F=1$過程の相関関係、特に$B_s$混合および$B\to (\eta', \phi)K_S$において、予測可能な相関関係が得られる。$\Delta F=1$異常のフィットから$\Delta F=2$観測量が制約される。
• NMFVフレームワークは、超対称性、リトル・ヒッグス、ランダール＝サンズモデルなど、広範なUV完全モデルと整合的である。これは、NMFVスルーピオン構造およびスケール抑制との整合性を示すことで裏付けられる。
• 高次元モデル（例：ランダール＝サンズ）におけるゼロモードとKKフェルミオンの混合は、$\Delta F=1$および$\Delta F=2$の相関関係に約10%の影響しか与えず、予測力は保たれる。