[論文レビュー] The Challenges of Flavour Physics

Gino Isidori|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 41被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、CKM行列の異常を中心に、味物理学における未解決の課題をレビューしている。標準模型（SM）を超える新しい物理の兆候として、$B\to\ell^+\ell^-$、$K\to\pi\nu\bar{\nu}$、$\mu\to e\gamma$ といった希少崩壊が、特に最小味破れ（MFV）フレームワークにおいて、TeVスケールの物理を探索する上で極めて重要であると主張している。これらの過程では、SM予測からのずれが、新たな味対称性の破れの源を示唆する可能性がある。

ABSTRACT

The open problems and the most recent developments in flavour physics are briefly reviewed. Particular attention is devoted to the current "anomalies" in the CKM picture and their possible interpretation in beyond-the-Standard-Model frameworks.

研究の動機と目的

• 味物理学の現状を評価し、フェルミオンの質量と混合角の起源に関する未解決の問題を特定すること。
• TeVスケールにおける新しい物理を制約する枠組みとしての最小味破れ（MFV）仮説の妥当性を評価すること。
• SMからのずれを露呈する可能性のある高精度な低エネルギー観測量、特に希少な味変換過程を同定すること。
• 異なる希少崩壊モード間の相関関係が、標準模型を超える新しい物理の味構造を区別するのをどのように支援するかを検討すること。

提案手法

• CKMユニタリティトライアングルのパラメータのグローバルフィットを用いて、SMと実験データの整合性を検証する。
• 有効場理論的手法を用い、MFVを指針として仮定した標準模型を超えるモデルにおける味破れ相互作用を分析する。
• ヒッグスおよびゲージボソンの交換を伴うループレベルの振幅を用いて、$B_{s,d}\to\ell^+\ell^-$、$K^+\to\pi^+\nu\bar{\nu}$、$\mu\to e\gamma$ などの希少崩壊の理論的予測を評価する。
• MSSMのパラメータ、特に$\tan\beta$、$M_A$、$\mu$、$A_U$ に対するFCNC振幅のパラメトリック依存性を導出し、SM予測からのずれを定量化する。
• 理論的予測と実験的制約（特に$B_s\to\mu^+\mu^-$からの制約）を比較し、新しい物理のスケールとSMのヤコビ係数への整合性を制限する。
• 二重ヒッグスダブルレットを含むモデルにおける$\tan\beta$とヒッグス質量が、ヒッグス媒介FCNC振幅をどのように増幅させるかを分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CKMユニタリティトライアングルにおける現在の異常は、標準模型を超える物理の兆候を示唆しているか？
• RQ2 最小味破れ（MFV）仮説は、低エネルギーでの大きな味変換中性子対称性破れの欠如をどの程度説明できるか？
• RQ3 $\tan\beta$ が大きく、MSSMにおいて$\tan\beta \gtrsim 30$ の場合、$B\to\ell^+\ell^-$ や $K\to\pi\nu\bar{\nu}$ といった希少崩壊が新しい物理の寄与に対してどの程度感受性を示すか？
• RQ4 異なる希少崩壊モード間の相関関係は、新しい物理の背後にある味構造を特定する手がかりとなるか？
• RQ5 拡張されたヒッグス系を有するモデルのパラメータ空間に対して、$B_s\to\mu^+\mu^-$ における現在の実験的制限がどのような制約をもたらすか？

主な発見

• CKMユニタリティトライアングルのフィット結果は、SMと良好に整合しており、低エネルギーにおける新たな味対称性の破れの源の余地は極めて小さいことが示唆されている。
• ${\cal B}(B_s\to\mu^+\mu^-)$ の実験的上限は $<5.8\times10^{-8}$ であり、SM予測の $(3.2\pm0.2)\times10^{-9}$ よりも20倍未満にとどまっているため、新しい物理に対して強い制約が与えられている。
• $\tan\beta \gtrsim 30$ かつ $M_A \lesssim 0.5$ TeV の条件下では、$B_{s,d}\to\ell^+\ell^-$ における中性ヒッグスの寄与が、SM予測の最大10倍まで増幅される可能性がある。
• $K^+\to\pi^+\nu\bar{\nu}$ は、$s\to d$ 遷移のSMによる強い抑制があるため、非最小的$A$項を有するMSSMモデルにおける非MFV効果の最も感受性の高いプローブである。
• $B\to\ell^+\ell^-$ のヒッグス交換による振幅は $\propto \frac{m_b m_\ell}{M_A^2} \frac{\mu A_U}{M_{\tilde{q}}^2} \tan^3\beta$ に比例し、$\tan\beta$ およびスピン対称性破れパラメータに強く依存することが示された。
• $\mu\to e\gamma$、$B\to\ell^+\ell^-$、$K\to\pi\nu\bar{\nu}$ におけるずれは、今後の実験的進展が予想される中で、新しい物理の最も有望なシグナルと予想される。