[論文レビュー] SuperB Progress Reports - Physics

B. O'Leary, S. Tosi+127 more|CERN Document Server (European Organization for Nuclear Research)|Aug 9, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 54

ひとこと要約

Super Bは、希少かつCP対称性を破るB、D、τ崩壊を通じて、標準模型を超える新しい物理を精密なフラバー物理学によって探査する高光度e⁺e⁻衝突機を提案する。フラバー変換過程におけるずれを測定することで、LHCで新しい粒子が発見されなくても、100 TeVまでのエネルギースケールにまで間接的にアクセス可能であり、希少崩壊、混合、CP対称性の破れ、電弱パラメータの補完的測定を通じて、新しい物理のモデルを制約する。

ABSTRACT

84 pages, 38 figures

研究の動機と目的

• B、D、τメソンにおける希少かつCP対称性を破る崩壊の精密測定を通じて、LHCの到達域を超えるエネルギースケールまで100 TeVの間接的探査を可能にすること。
• LHCでの直接的発見がなかった場合でも、複数の補完的フラバー観測量を組み合わせることで、新しい物理モデルのあいまいさを解消すること。
• ユニタリティ三角形の制約、sin²θW、CPT不変性の高精度テストを通じて、理論的不確実性を低減する、標準模型の高精度テストを実施すること。
• 大規模なイベントサンプルを用いたスーパーフレーバーファクトリーを通じて、レプトンフラバー不変性、ダークセクター現象、および異常スペクトルを探索すること。
• LHCの直接探索と補完する形で、フラバーに敏感な観測量を通じて、モデルに依存しない形で新しい物理の制約を提供する包括的な物理学計画を提供すること。

提案手法

• Υ(4S)およびΥ(5S)共鳴状態で動作するスーパービーe⁺e⁻衝突機を用いて、B、D、τ崩壊の大規模サンプルを生成し、精密測定を実施すること。
• B → K*ℓ⁺ℓ⁻、B → Kνν̄、D⁰ → μ⁺μ⁻などの希少崩壊の包含的および排他的測定を実施し、新しい物理の寄与を探査すること。
• B → K*ℓ⁺ℓ⁻崩壊における角度解析技術を適用し、前後方向非対称性およびSivers型観測量を通じて、フォーム因子および新しい物理の寄与を抽出すること。
• BおよびD崩壊におけるCP非対称性、特に時間依存CP非対称性および量子相関D⁰D̄⁰崩壊を測定し、混合およびCP対称性の破れにおける新しい物理を探査すること。
• τ崩壊におけるレプトンフラバー不変性（分岐比2×10⁻¹⁰まで）および軽いメソン崩壊における高感度探索を実施し、軽いヒッグスまたはダークマター媒介粒子を探査すること。
• |V_ub|、|V_cb|、sin²θWの測定を統合し、ユニタリティ三角形および標準模型に対する過剰制約テストを実施すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 希少BおよびD崩壊の精密測定は、LHCの到達域を超えるエネルギースケールにおける新しい物理モデルをどの程度制約できるか？
• RQ2 BおよびDファクトリーにおけるCP対称性の破れおよびフラバー変換中性荷電現在のずれは、LHCで確認されなくても、新しい物理を示唆する可能性はどの程度か？
• RQ3 スーパービーにおける複数のフラバー観測量の相乗効果は、MSSMやリトルヒッグスモデルなどの新しい物理のテクスチャーを解明できるか？
• RQ4 スーパービーにおけるτ崩壊におけるレプトンフラバー不変性の感度はどの程度で、軽いヒッグスまたはダークセクター粒子の探査にどのように寄与するか？
• RQ5 BおよびD系におけるsin²θWおよびCPT不変性の精密測定は、プランクスケール近くの量子重力や新しい物理をどのようにテストできるか？

主な発見

• LHCで新しい粒子が発見されなくても、スーパービーは間接的測定により100 TeVまでの新しい物理を探査可能である。
• 実験は、分岐比2×10⁻¹⁰までレプトンフラバー不変性τ崩壊に感度を示し、数×10⁻⁸程度の信号を予測するSUSY GUTモデルのテストが可能となる。
• 二レプトンB崩壊で観測されたCPT不変性の2.7σのずれは、高精度でテスト可能であり、プランクスケール近くの新しい物理を探査する可能性を有する。
• スーパービーにおけるsin²θWの測定は高精度に達し、標準模型の重要なテストおよびCMSSM系におけるヒッグス質量の制約を提供する。
• 複数の角度および辺の測定を通じて、ユニタリティ三角形に対する過剰制約テストを実施し、理論的不確実性を低減し、新しい物理への感受性を向上させる。
• 実験は、量子相関崩壊を含む、D⁰D̄⁰系におけるcharm混合およびCP対称性の破れの最初の高統計的研究を実施し、標準模型を超える大きなCP対称性の破れ効果を探索する。