[論文レビュー] The Impact of Universal Extra Dimensions on FCNC Processes

Andrzej J. Buras, Anton Poschenrieder+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2003

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、1つの余剰次元を有するユニバーサル・エキストラ・ディメンション（UED）モデル、特にAppelquist-Cheng-Dobrescu（ACD）モデルにおけるカユラ・クライン（KK）励起状態が、フレーバー変換中性荷電現在（FCNC）過程に与える影響を調査する。250 GeVという非常に低いコンパクト化スケールに対しても、モデルは現在のFCNCデータと整合的であり、$K^+\to\pi^+\nu\bar{\nu}$のような稀な崩壊において顕著な増幅と、$B\to X_s\gamma$における抑制を予測する。また、GIM機構とKKパリティを保つことで、危険なフレーバー変換を引き起こす寄与を抑制している。

ABSTRACT

We review the results of two papers on FCNC processes in the Appelquist, Cheng and Dobrescu (ACD) model with one universal extra dimension.

研究の動機と目的

• 現在のフレーバー変換中性荷電現在（FCNC）過程に関する実験的制約の下で、1つのユニバーサル余剰次元を有するAppelquist-Cheng-Dobrescu（ACD）モデルの妥当性を評価すること。
• ACDモデルにおけるカユラ・クライン（KK）モードの存在が、稀な崩壊や混合過程における標準模型（SM）予測からの観測可能なずれを引き起こすかどうかを特定すること。
• 将来の衝突型加速器でACDモデルを検証できる、$\hat{s}_0$と$Br(B\to X_s\gamma)$のような観測量の間のモデル固有の相関関係を同定すること。
• GIM機構とKKパリティが、KK励起状態からの危険なフレーバー変換寄与をどのように抑制するかを評価すること。

提案手法

• ACDモデルの有効4次元理論に基づく分析であり、すべてのSM場が余剰次元に渡って存在し、無限個のカユラ・クライン（KK）パートナータワーを形成する。
• ボリューム項および境界項のラグランジアンから、SMおよびKK粒子の相互作用のファインマン規則を導出。フレーバー不変の境界項を仮定することで、FCNC寄与を最小限に抑える。
• コンパクト化スケール$1/R$を唯一の新しいパラメータとして用い、$B\to X_s\gamma$、$K^+\to\pi^+\nu\bar{\nu}$、$B_d\to\mu^+\mu^-$、$\varepsilon' / \varepsilon$などのFCNC過程における1ループ寄与を計算。
• トップクォークのKKモードにGIM機構を適用することで、収束性が著しく向上し、軽いクォークおよびレプトンからの寄与が抑制される。
• $B\to X_s\ell^+\ell^-$における前向き・後ろ向き非対称性$A_{\rm FB}$は、新しい物理に敏感な量である正規化非対称性$\hat{s}_0$を介して分析される。
• $\hat{s}_0$と$Br(B\to X_s\gamma)$の間の相関を、$1/R$の異なる値に対して計算し、モデル固有のシグネチャを同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コンパクト化スケールが250 GeVにまで低くても、1つのユニバーサル余剰次元を有するACDモデルは、現在のFCNC過程に関する実験的データと整合的であるか？
• RQ2 カユラ・クライン励起状態は、$B\to X_s\gamma$、$K^+\to\pi^+\nu\bar{\nu}$、$K_L\to\pi^0e^+e^-$のような稀なBおよびK崩壊をどのように変化させるか？
• RQ3 ACDモデルにおけるGIM機構は、KKモードからのフレーバー変換寄与をどの程度抑制するか？
• RQ4 ACDモデルにおける$\hat{s}_0$と$Br(B\to X_s\gamma)$の間の相関関係は何か？また、これは標準模型（SM）とどのように異なるか？
• RQ5 ACDモデルにおける$\varepsilon' / \varepsilon$の抑制は、$1/R$に関する有用な制約を提供できるか？

主な発見

• GIM機構とKKパリティの保存のおかげで、KKモードからの顕著なフレーバー変換寄与がないため、250 GeVという非常に低いコンパクト化スケールに対しても、ACDモデルは現在のFCNCデータと整合的である。
• $Br(K^+\to\pi^+\nu\bar{\nu})$のブランチング比は、ACDモデルにおいて顕著に増幅され、モデルの検証に重要な観測量となる。
• $B\to X_s\ell^+\ell^-$における前向き・後ろ向き非対称性のゼロ点$\hat{s}_0$は、ACDモデルで抑制され、$1/R = 300$ GeVではNLO SM予測に近づく。
• ACDモデルにおいて$Br(B\to X_s\gamma)$は抑制され、$1/R$が小さくなるほど抑制が強くなる。これは、精密電弱データからのモデル制約と整合的である。
• ハドロン行列要素の不確実性のため、$\varepsilon' / \varepsilon$の抑制は$1/R$に関する有用な制約を導けないが、$Z^0$ペンギン寄与の増幅により、ACDモデルで抑制される。
• ACDモデルにおいて$\hat{s}_0$と$\sqrt{Br(B\to X_s\gamma)}$の間には強い相関関係が見られ、将来的な実験でモデルを検証するのに利用可能である。