[論文レビュー] Workshop summary -- Kaons@CERN 2023

G. Anzivino, S. Arguedas Cuendis+61 more|arXiv (Cornell University)|Nov 6, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 232被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、2023年ケンの会議「Kaons@CERN」の要約であり、標準模型を超える新しい物理を探るうえでカリオン物理学が果たす重要な役割を強調している。今後の実験、たとえばHIKEおよびKOTO-IIと、高度な理論的手法を組み合わせることで、まれなカリオン崩壊の精密なテストが可能となり、TeVスケールでの新しい物理の高感度なプローブが得られ、軽レプトン数の保存が破れる現象や新しい対称性の解明につながる可能性がある。

ABSTRACT

Kaon physics is at a turning point -- while the rare-kaon experiments NA62 and KOTO are in full swing, the end of their lifetime is approaching and the future experimental landscape needs to be defined. With HIKE, KOTO-II and LHCb-Phase-II on the table and under scrutiny, it is a very good moment in time to take stock and contemplate about the opportunities these experiments and theoretical developments provide for particle physics in the coming decade and beyond. This paper provides a compact summary of talks and discussions from the Kaons@CERN 2023 workshop.

研究の動機と目的

• HIKE、KOTO-II、LHCb-Phase-IIといった今後の実験を踏まえた、カリオン物理学の現在および将来の実験的・理論的状況を評価すること。
• 特に$K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$および$K_L \to \pi^0 \nu\bar{\nu}$のまれな崩壊が、新しい物理を洗練された理論的精度で探るためのクリーンなプローブとしての可能性を評価すること。
• カリオン物理学と、フラバー物理学、強いCP問題、およびレプトゲネシスといった他の素粒子物理学分野との相乗的関係を検討すること。
• KおよびB崩壊の統合的解析を通じて、新しい物理を制約または発見するうえでの、理論的および実験的課題と機会を特定すること。
• 次世代カリオン加速器（HIKE）を次世代のインfraとして推進し、精密フラバー物理学を推し進め、新しい物理の微視的構造を検証すること。

提案手法

• 100名を超える国際的な実験・理論の専門家が参加したKaons@CERN 2023会議の発表および討議を体系的にレビュー・統合する。
• 標準模型効果的場理論（SMEFT）およびちくちく摂動理論（ChPT）といった理論枠組みの分析を通じて、カリオン崩壊における新しい物理の感受性を評価する。
• HIKEおよびKOTO-IIの今後の実験感度を評価し、とりわけまれな崩壊および放射性崩壊の感度を分析し、B中間子崩壊とその補完的関係を検討する。
• U(1)_H フラバー対称性を含むモデルビルディングのシナリオを調査し、axionのダークマター候補および強いCP問題への影響を検討する。
• 複数の崩壊モードの統合的フィットを用いることで、長距離寄与が改善された場合に新しい物理モデルの制約を強化する可能性を検討する。
• CKMユニタリティのテストおよび非標準的カレントの探査に向けた$K^+$および$K_L$崩壊における精度測定の役割を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HIKEおよびKOTO-IIといった今後の実験が、まれなカリオン崩壊を通じてTeVスケールでの新しい物理を探るのに必要な精度をどのように達成できるか。
• RQ2 $K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$および$K_L \to \pi^0 \nu\bar{\nu}$崩壊が、洗練された理論的精度を持つ新しい物理のクリーンなプローブとしての潜在的役割は何か。
• RQ3 $U(1)_H$ フラバー対称性が、フラバー問題を同時に解決し、強いCP問題に対しても有効なaxionのダークマター候補を生成できるか。
• RQ4 精度測定による$K^+$および$K_L$崩壊の測定が、LHC探索や電弱精度データとどのように組み合わせられ、新しい物理モデルの制約を強化できるか。
• RQ5 長距離寄与の理論的計算が向上することで、今後のカリオン実験における新しい物理の感受性がどの程度向上するか。

主な発見

• まれな崩壊モード$K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$および$K_L \to \pi^0 \nu\bar{\nu}$は、標準模型においてハドロン不確かさが最小限に抑えられた、理論的に最もクリーンな標準キャンドルの一つである。
• これらのまれな崩壊における理論的精度は、すでにHIKEおよびKOTO-IIの予想される感度と一致しており、新しい物理の堅実なテストが可能である。
• 一般的な新しい物理モデルでは、BおよびK崩壊の間で強い補完的関係が見られ、今後のカリオン加速器が新しい物理の微視的構造を制約する上で独自の立場を占めている。
• ゴールドプレートモード以外の領域においても、HIKEおよびKOTO-IIは$K^+$および$K_L$崩壊を、これまでにない精度で測定し、ChPT、分散理論、および格子QCD+QEDのツールの発展を支援する。
• 非ゴールドプレートモードの測定が向上することで、とりわけ長距離寄与がよりよく理解された場合に、新しい物理モデルの制約が強化され、グローバルフィットの分析において顕著な効果を示す可能性がある。
• 新しい物理の発見がなくても、HIKEおよびKOTO-IIによる標準模型の精度測定は、強力な除外限界をもたらすため、今後のフラバー物理学にとって不可欠である。