[논문 리뷰] Constraining RS Models by Future Flavor and Collider Measurements: A Snowmass Whitepaper

Kaustubh Agashe, Martin Bauer외 5명|arXiv (Cornell University)|2013. 10. 03.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 32인용 수 8

한 줄 요약

이 스노마스 화이트페이퍼는 향후 플레버 물리 실험과 콜라이더 탐색이 쿼크 및 레프톤 플레버의 랜달-선드럼(RS) 모형을 어떻게 제약할 수 있는지 조사한다. 카이온과 B 메손에서의 수준 1 플레버 위반 과정을 분석하고 콜라이더 서명을 고려함으로써, 이 연구는 향후 LHCb와 희귀 붕괴 실험의 측정 결과가 10 테바볼트 이하의 KK 스케일을 가진 RS 모형을 탐색할 수 있으며, 레프톤 플레버 실험인 Mu2e와 MEG는 애너르키컬 시나리오에서 최대 80 테바볼트까지의 스케일을 제약할 수 있음을 예측한다.

ABSTRACT

Randall-Sundrum models are models of quark flavor, because they explain the hierarchies in the quark masses and mixings in terms of order one localization parameters of extra dimensional wavefunctions. The same small numbers which generate the light quark masses suppress contributions to flavor violating tree level amplitudes. In this note we update universal constraints from electroweak precision parameters and demonstrate how future measurements of flavor violation in ultra rare decay channels of Kaons and B mesons will constrain the parameter space of this type of models. We show how collider signatures are correlated with these flavor measurements and compute projected limits for direct searches at the 14 TeV LHC run, a 14 TeV LHC luminosity upgrade, a 33 TeV LHC energy upgrade, and a potential 100 TeV machine. We further discuss the effects of a warped model of leptons in future measurements of lepton flavor violation.

연구 동기 및 목표

• 향후 플레버 물리 실험, 특히 희귀 카이온 및 B 메손 붕괴를 통한 랜달-선드럼 모형에 대한 제약 평가.
• 카루차-켈린 증거 레이저 레이저의 콜라이더 직접 탐색과 플레버 관측량 간의 상호보완성 탐색.
• 특히 전기 이중극 모멘트와 희귀 뮤온 붕괴를 통한 비틀림된 추가 차원 모형에서의 레프톤 플레버 위반 영향 평가.
• 향후 콜라이더—14 테바볼트 LHC, 루미노시티 및 에너지 업그레이드, 100 테바볼트 기계—의 감도를 RS 모형 매개변수에 대해 예측.
• 플레버 측정이 헬리시티 패턴 식별을 통해 RS 모형의 기초 게이지 군 구조를 식별할 수 있는지 결정.

제안 방법

• 표준모형 장이 부피에 존재하고 힉스가 IR 브레인에 국한된 5차원 비틀림된 추가 차원 프레임워크를 사용하여 파동함수 국지화를 통한 플레버 계층 구조 모델링.
• 나무 수준의 플레버 변화 중성미류를 억제하기 위해 RS-GIM 메커니즘을 적용하며, 소규모 국지화 매개변수에 의존하여 쿼크 질량 계층 생성.
• 효과적 장 이론과 연산자 분석을 사용하여 $K \to \pi \nu\bar{\nu}$, $K_L \to \mu^+\mu^-$, $B \to \pi \nu\bar{\nu}$에서의 플레버 위반 진폭 계산.
• KK 글루온과 게이지 보손의 신호 모델링을 사용한 콜라이더 탐색 능력 예측, 질량 척도 $m_{G^{(1)}} \approx 2.5\,M_{\mathrm{KK}}$ 및 경량 쿼크와의 결합.
• 전자기 이중극 모멘트와 $\mu \to e\gamma$, $\mu \to eee$ 등의 레프톤 플레버 관측량 평가를 통해 양자역학 결합 및 $M_{\mathrm{KK}}$에 대한 제약 유도.
• 최소 RS 모형(카스탈리티 대칭 없음)과 카스탈리티 보호 모형 간의 비교 분석을 전자약력 정밀도 데이터와 CP 위반 제약 조건을 사용하여 수행.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 향후 $K \to \pi \nu\bar{\nu}$ 및 $K_L \to \mu^+\mu^-$ 측정은 RS 모형에서 쿼크 국지화 매개변수를 어떻게 제약하는가?
• RQ2 RS 모형에서 플레버 위반 관측량과 카루차-켈린 증거 레이저 레이저의 직접 콜라이더 서명 간의 상관관계는 무엇인가?
• RQ3 향후 레프톤 플레버 실험, 예를 들어 Mu2e와 MEG는 비틀림된 모형에서의 뉴 피직스 스케일을 어느 정도 탐색할 수 있는가?
• RQ4 $T$ 매개변수와 $Zb_L\bar{b}_L$ 결합 제약은 최소 RS 모형의 타당한 매개변수 공간을 어떻게 형성하는가?
• RQ5 희귀 붕괴에서의 뉴 피직스 기여의 헬리시티 구조가 RS 모형에서 다양한 기초 부피 게이지 군을 식별하는 데 어떤 기여를 하는가?

주요 결과

• 향후 ${\cal B}(K_L \to \mu^+\mu^-)$ 및 ${\cal B}(K^+ \to \pi^+ \bar{\nu}\nu)$ 측정은 뉴 피직스의 헬리시티 구조를 결정할 수 있으며, $SU(2)_L \times SU(2)_R$-보호된 모형과 최소 RS 모형을 구분할 수 있다.
• ORKA 협동 연구의 $K \to \pi \nu\bar{\nu}$ 측정 계획은 쿼크 국지화 매개변수를 고정밀도로 탐색할 수 있으며, RS 모형의 구조에 대한 고유한 통찰을 제공한다.
• 14 테바볼트 LHC, 루미노시티 업그레이드, 33 테바볼트 업그레이드의 예상 제약는 모형과 신호 선택 조건에 따라 $M_{\mathrm{KK}}$를 최대 10 테바볼트까지 제약할 수 있다.
• 애너르키컬 RS 모형의 경우 $\mu \to e\gamma$와 $\mu \to eee$가 가장 민감한 탐색 수단이며, 현재 데이터로 $M_{\mathrm{KK}} > 20$ 테바볼트의 제약을 설정한다.
• 차세대 실험인 Mu2e와 MEG는 애너르키컬 케이스에서 $M_{\mathrm{KK}} \gtrsim 80$ 테바볼트까지 탐색 가능하며, 현재 제약보다 크게 범위를 확장한다.
• $T$ 매개변수와 $Zb_L\bar{b}_L$ 결합 제약는 최소 RS 모형에서 $M_{\mathrm{KK}} \gtrsim 5$ 테바볼트, 카스탈리티 보호 버전에서는 $\gtrsim 2$ 테바볼트를 요구하며, $K\bar{K}$ 시스템에서의 CP 위반은 이 제약을 $>8$ 테바볼트로 끌어올린다.