[논문 리뷰] FCNC Processes Waiting for the Next Decade

Andrzej J. Buras|arXiv (Cornell University)|2009. 10. 08.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 향후 10년간의 풍미 물리학에서 중요한 20개의 목표를 제시하며, 희귀 과정과 정밀 측정을 통해 표준모형을 넘어서는 새로운 물리학을 탐색한다. FCNC 과정, 전기 dipole 모멘트, $(g-2)_\mu$는 200 테바볼트 이론까지의 에너지 스케일을 간접적으로 探색할 수 있으며, 초대칭 풍미 모형은 $S_{\psi\phi}$, $\varepsilon_K$, $\mu \to e\gamma$에서 관측된 이질현상들을 설명할 잠재력을 보인다.

ABSTRACT

FCNC processes are expected to offer us a deep insight into the physics at very short distance scales. We present a list of 20 goals in quark and lepton flavour physics that could be reached already in the next decade. This list includes also flavour conserving observables like electric dipole moments of the neutron and leptons and (g-2)_μ. Subsequently we will present some aspects of these goals by concentrating on supersymmetric flavour models. A much more extensive presentation of this material can be found in my recent EPS09 talk.

연구 동기 및 목표

• 향후 10년간의 풍미 물리학에서 가장 유망한 실험적·이론적 목표를 특정하는 것.
• 희귀 붕괴, CP 대칭 위반, 전기 dipole 모멘트가 표준모형을 넘어서는 새로운 물리학을 드러내는 잠재력을 평가하는 것.
• 초대칭 풍미 모형이 $S_{\psi\phi}$, $\varepsilon_K$, $(g-2)_\mu$, 렙톤 풍미 위반에서 동시에 이질현상을 설명할 수 있는지 탐색하는 것.
• 현재 데이터가 표준모형과 일치하는지 평가하며, 특히 $\varepsilon_K$와 $S_{\psi K_S}$ 사이의 긴장 관계를 중심으로 한다.

제안 방법

• Lattice QCD 계산을 사용하여 $\hat{B}_K$, $F_{B_s}$, $F_{B_d}$와 같은 강입자 행렬 원소의 정밀도를 향상시켜, $\varepsilon_K$와 $B_{s,d} \to \mu^+\mu^-$에 대한 정확한 표준모형 예측을 가능하게 한다.
• MFV, CMFV, RVV2, AKM, $\delta$ LL 시나리오 등 다양한 새로운 물리 모형에서 $S_{\psi\phi}$, $Br(B_{s} \to \mu^+\mu^-)$, $Br(\tau \to \mu\gamma)$와 같은 관측량 간의 상관관계를 분석한다.
• LHCb, Super-Belle, 향후 SFF 시설의 향상된 측정 결과가 CKM 행렬 원소의 결정과 표준모형 검증에 미치는 영향을 평가한다.
• MFV 및 CMFV 가정을 이론적 프레임워크로 사용하여 FCNC 과정에 대한 새로운 물리 기여를 제약한다.
• 수치 시뮬레이션과 모형 의존적 분석을 통해 다양한 NP 모형에서 분해율과 CP 대칭 위반의 최대 증폭을 예측한다.
• CDF, D0, LHCb의 실험 데이터와 이론적 예측을 비교하여 표준모형 예측 $S_{\psi\phi} \approx 0.04$를 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 $S_{\psi\phi} \approx 0.81$은 새로운 물리학에 의해 설명될 수 있는가, 아니면 통계적 변동일 뿐인가?
• RQ2 $\hat{B}_K$에 대한 업데이트된 lattice QCD 결과를 사용했을 때, 측정된 $\varepsilon_K$ 값은 표준모형 예측과 일치하는가?
• RQ3 초대칭 풍미 모형은 $(g-2)_\mu$ 이질현상, $S_{\psi K_S}$ 이질현상, 그리고 큰 $A_{\rm CP}^{bs\gamma}$를 동시에 설명할 수 있는가?
• RQ4 다양한 새로운 물리 모형에서 $Br(K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu})$, $Br(K_L \to \pi^0 \nu\bar{\nu})$, $Br(B_s \to \mu^+\mu^-)$, $S_{\psi\phi}$의 최대 증폭은 얼마인가?
• RQ5 LHCb와 Super-B에서의 정밀 측정을 통해 $|V_{ub}|$, $\gamma$, $|V_{cb}|$를 결정하면 현재의 CKM 유니타리성 긴장이 해결될 수 있는가?

주요 결과

• 업데이트된 lattice QCD 결과에 따르면 $\hat{B}_K$는 표준모형 예측과 $\varepsilon_K$ 측정값 사이의 잠재적 긴장을 시사하며, 이는 새로운 물리 기여의 가능성을 시사한다.
• CDF와 D0에서 관측된 $S_{\psi\phi} \approx 0.81^{+0.12}_{-0.32}$는 표준모형 예측값 $\approx 0.04$보다 크게 나타나, 새로운 물리 신호의 가능성을 시사한다.
• $\delta$ LL 초대칭 모형에서는 큰 $A_{\rm CP}^{bs\gamma}$와 $(g-2)_\mu$ 이질현상이 자동으로 연결되며, 오른쪽 스핀 성분을 가진 모형에서는 $A_{\rm CP}^{bs\gamma}$가 표준모형 수준을 유지한다.
• RVV2 모형은 $Br(\mu \to e\gamma) \geq 10^{-9}$를 예측하며, 이는 Super-B 기기의 해상도에 도달 가능하다. 반면 AKM 모형은 이 감도에 도달하지 못한다.
• MFV 및 CMFV 모형에서는 $Br(B_s \to \mu^+\mu^-)$가 최대 1000%까지 증폭될 수 있으나, $S_{\psi\phi}$는 표준모형 값 0.04에 가깝게 유지된다.
• RSc 모형은 $Br(K_L \to \pi^0 \nu\bar{\nu})$를 최대 150%까지 증폭시키며, $S_{\psi\phi}$는 최대 0.75까지 증폭시킬 수 있어, 이질현상을 설명하는 데 유망한 후보로 여겨진다.