[논문 리뷰] Direct and indirect searches for New Physics

F. Mahmoudi|arXiv (Cornell University)|2012. 05. 14.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 3인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 라이프타임 물리학에서의 간접적 제약 조건을 초월스럽게 분석하며, LHCb에서의 $B_s\to\mu^+\mu^-$ 및 $B\to K^*\mu^+\mu^-$ 붕괴 결과에 초점을 맞춘다. 이 희귀 붕괴들은 직접 검색과 상호보완적인 강력한 제약 조건을 제공함을 보여주며, 특히 큰 $\tan\beta$ 영역에서 두드러진다. $B_s\to\mu^+\mu^-$ 붕괴 분율 한계($<4.5\times10^{-9}$)는 새로운 물리학 기여를 강력하게 억제한다.

ABSTRACT

An overview of the indirect constraints from flavour physics on supersymmetric models is presented. We study in particular constraints from Bs -&gt; mu+mu- and B -&gt; K* mu+mu-, emphasising on the new LHCb results. We show that these rare transitions provide valuable information in the search for new physics and are complementary to the direct searches.

연구 동기 및 목표

• 최근 LHCb 측정 결과가 초월스러운 모델의 간접 제약에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 희귀 $B$ 붕괴와 직접 콜라이더 검색 간의 상호보완성을 평가하는 것.
• $B_s\to\mu^+\mu^-$ 및 $B\to K^*\mu^+\mu^-$ 관측량이 현상학적 MSSM(pMSSM)를 어떻게 제약하는지 정량화하는 것.
• 간접 제약 조건이 MSSM 매개변수 공간의 특정 영역에서 직접 검색 한계를 초월할 수 있음을 보여주는 것.
• 중간 $\tan\beta$ 값 영역을 탐색하는 데 있어 $B\to K^*\mu^+\mu^-$의 각도 관측량의 역할을 부각하는 것.

제안 방법

• 12개의 국소 연산자, $O_9$, $O_{10}$ 및 새로운 스칼라/페시다이어식 연산자 $Q_1$, $Q_2$를 포함한 유효 필드 이론을 사용하여 $b\to s$ 전이를 기술한다.
• 기존의 비틀림 행렬을 사용해 $\mu \sim M_W$에서 $\mu \sim m_b$로의 재정규화 그룹 진화를 적용한다.
• 유효 해밀토니안과 SM 입력을 사용하여 $B_s\to\mu^+\mu^-$ 및 $B\to K^*\mu^+\mu^-$의 붕괴 분율과 각도 분포를 계산한다.
• LHCb와 CMS의 $B_s\to\mu^+\mu^-$ 붕괴 한계를 적용하여 19개 매개변수로 구성된 현상학적 MSSM(pMSSM)에 대한 평탄한 스캔을 수행한다.
• 플레이버 물리학 데이터의 일관된 입력 및 출력을 위해 Flavour Les Houches Accord(FLHA) 표준을 사용한다.
• SuperIso 프로그램을 활용하여 플레이버 관측량, 특히 $B\to K^*\mu^+\mu^-$의 각도 계수, 정방향-뒤집힌 비대칭성, 편광 분율을 계산한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최근 LHCb에서의 $B_s\to\mu^+\mu^-$ 결과는 초월스러운 모델의 매개변수 공간에 어떻게 제약을 가하는가?
• RQ2 MSSM 매개변수 공간의 어떤 영역에서 간접 플레이버 제약 조건이 직접 콜라이더 검색 한계를 초월하는가?
• RQ3 $B\to K^*\mu^+\mu^-$ 붕괴에서의 각도 관측량은 $B_s\to\mu^+\mu^-$와 어떻게 상호보완적인 정보를 제공하는가?
• RQ4 $B_s\to\mu^+\mu^-$ 붕괴 분율 한계는 pMSSM에서 큰 $\tan\beta$ 영역을 어느 정도 억제하는가?
• RQ5 전체 오차가 20%인 미래 측정 결과가 pMSSM 점들을 배제하는 데 미치는 영향은 어떠한가?

주요 결과

• LHCb에서의 $\text{BR}(B_s\to\mu^+\mu^-) < 4.5\times10^{-9}$ (95% 신뢰수준) 한계는 SM 예측 $(3.53\pm0.38)\times10^{-9}$와 뛰어난 일치를 보이며, 새로운 물리학 기여를 심각하게 제약한다.
• 큰 $\tan\beta$ 영역은 강력하게 억제되며, 이론적 오차가 20%인 SM 유사 측정 결과 하에서 허용 가능한 점의 밀도가 3배 감소한다.
• ($M_A$, $\tan\beta$) 평면에서 작은 $M_A$와 큰 $\tan\beta$ 영역이 $B_s\to\mu^+\mu^-$ 제약 조건에 가장 크게 영향을 받는다.
• $B\to K^*\mu^+\mu^-$의 각도 관측량은 중간 $\tan\beta$ 값 영역에서 특히 중요하게 작용하며, $B_s\to\mu^+\mu^-$보다 더 많은 보완적 정보를 제공한다.
• $B_s\to\mu^+\mu^-$ 붕괴 분율이 SM 예측 이하로 측정된다면 광범위한 초월스러운 모델을 배제할 수 있다.
• 이론적 및 실험적 오차가 감소하면 향후 $B\to K^*\mu^+\mu^-$에서의 제약 조건이 MSSM 매개변수 공간을 크게 축소시킬 수 있다.