[論文レビュー] TASI 2009 Lectures - Flavor Physics

Oram Gedalia, Gilad Perez|arXiv (Cornell University)|May 18, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 156被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、標準模型および新しい物理学のシナリオにおけるフレーバーおよびCP対称性の破れを分析する包括的で対称性に基づくフレームワークを提示する。スプリオンおよび共変基底の手法を用いて、フレーバー変換過程に対するモデルに依存しない制約を導出する。精密フレーバーデータ、特にBファクトリーおよびLHCの結果から、新しい物理学に対するきびしい制約が生じることを示し、CP対称性の破れにおいて標準模型の優位性を確認するとともに、フレーバー物理学がTeVスケールを超える新しい力学を探索する鍵であることを強調する。

ABSTRACT

The standard model picture of flavor and CP violation is now experimentally verified, hence strong bounds on the flavor structure of new physics follow. We begin by discussing in detail the unique way that flavor conversion and CP violation arise in the standard model. The description provided is based on a spurion, symmetry oriented, analysis, and a covariant basis for describing flavor transition processes is introduced, in order to make the discussion transparent for non-experts. We show how to derive model independent bounds on generic new physics models. Furthermore, we demonstrate, using the covariant basis, how recent data and LHC projections can be applied to constrain models with an arbitrary mechanism of alignment. Next, we discuss the various limits of the minimal flavor violation framework and their phenomenological aspects, as well as the implications to the underlying microscopic origin of the framework. We also briefly discuss aspects of supersymmetry and warped extra dimension flavor violation. Finally we speculate on the possible role of flavor physics in the LHC era.

研究の動機と目的

• 標準模型および新しい物理学モデルにおけるフレーバーおよびCP対称性の破れを系統的に分析するための、対称性に基づくフレームワークを確立すること。
• Bファクトリーの実験データおよびLHCの予測データを用いて、新しい物理学がフレーバー変換過程に寄与する部分に対して、モデルに依存しない制約を導出すること。
• 特に、U(2)_{Q} 対称性を含む近似的なグローバル対称性が、フレーバー変換ニュートラルカラーライン（FCNC）を抑制し、新しい物理学を制約する役割を明確にすること。
• 高エネルギー衝突実験、特にLHCのデータが、低エネルギー実験では到達できない範囲のフレーバー構造をどのように探査できるかを検討すること。
• 最小フレーバー対称性（MFV）およびフレーバー精度テストの制約下で、新しい物理学モデル（例：超対称性、ねじれた追加次元）の妥当性を評価すること。

提案手法

• スプリオン解析を用いて、標準模型におけるフレーバー破れ効果を体系的に記述し、ヤコビ係数をスプリオンとして扱うことで、近似的なグローバル対称性を露にする。
• フレーバー遷移作用素のための共変基底を導入し、2世代および3世代系の両方において、フレーバー変換過程を透明でモデルに依存しない形で記述可能にする。
• 共変基底を用いて、ΔF=2およびΔF=1遷移に対する制約を導出し、アライメント機構に依存しない強固な制約を含む。
• ヤコビ係数が小さいおよび大きな極限における最小フレーバー対称性（MFV）フレームワークを分析し、その構造が基礎的な微視的ダイナミクスとどのように関連するかを明らかにする。
• LHCにおける高運動量フレーバー物理学の影響を評価し、U(2) 対称性を保存する過程と破れる過程を区別する。
• LHCにおけるフレーバー対角およびフレーバー非対角の信号を区別し、特に第一および第二世代クォーク間の遷移を調べるためのcharmタギングの必要性を強調する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フレーバー遷移のための共変基底をどのように構築すれば、標準模型およびその先のフレーバー対称性の破れをモデルに依存しない形で分析可能になるか？
• RQ2 特にアライメント機構に頑健な制約を受ける、ΔF=2およびΔF=1過程における新しい物理学寄与に対する、最も強いモデルに依存しない制約は何か？
• RQ3 最小フレーバー対称性（MFV）フレームワークは、新しい物理学をどのように制約し、フレーバー構造の微視的起源について何を示唆するか？
• RQ4 LHCにおけるフレーバー対称性の破れ信号の検出可能性はどの程度か、特にトップおよびボトムクォークタギングチャンネルにおいて。
• RQ5 LHCにおける高運動量フレーバー物理学は、低エネルギー実験では到達できないスケールの新しい物理学をどのように探査できるか？

主な発見

• CKM行列における標準模型の唯一のCP対称性破れパラメータが、観測されたすべてのフレーバーおよびCP対称性破れ現象をうまく説明しており、BファクトリーおよびLHCのデータからは顕著なずれは観測されていない。
• メソン混合からのモデルに依存しない制約により、ΔF=2遷移における新しい物理学寄与は、標準模型の値の30%未満に制限され、特にDメソン系ではさらに厳しい制約が得られる。
• アライメント機構に頑健な強固な制約は、第三世代におけるΔF=2遷移が標準模型の値の約O(10−2)に制限され、同様に第三世代におけるΔF=1遷移も同様に抑制されていることを示している。
• 第一および第二世代が近似的に degenerate であるU(2)_{Q} 対称性の極限は、フレーバー対称性破れ過程の分類に強力なフレームワークを提供し、観測可能な遷移において第三世代のアクティブ状態が支配的である。
• LHCにおけるフレーバー対称性破れ信号は、特に奇数個の第三世代クォークを含む過程において、トップおよびボトムタギングモードで最も容易に検出可能であり、これには中間作用素 ˆJ_u に敏感な過程が含まれる。
• 第一および第二世代間の遷移を調べるには、共変基底における小さなCP保存生成子 ˆD_{1,4} に対応するcharmタギングが不可欠であり、これにより新しい物理学の新たな視界が開かれる。