[논문 리뷰] Three Lectures of Flavor and CP violation within and Beyond the Standard Model

Stefania Gori|arXiv (Cornell University)|2016. 10. 09.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 67인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 표준모형과 그 이상의 맛과 CP 위반에 대한 종합적인 개요를 제공하며, 효과적 양자장 이론, 최소 맛 위반 원리, 그리고 이중 힉스 두중성자 모형과 초대칭과 같은 뉴 피직스 모형을 중심으로 다룬다. LHCb와 Belle II의 주요 실험적 제약, 특히 희귀 B 메손 붕괴와 토퍼 쿼크의 맛 변화 쿼크 상호작용에 대해 강조하며, 저에너지 맛 관측이 고에너지 뉴 피직스를 탐사하는 데 어떻게 기여하는지 설명한다.

ABSTRACT

These notes are based on the lectures I gave at the 2015 European School of High-Energy Physics (ESHEP2015). I discuss 1) flavor physics within the Standard Model, 2) effective field theories and Minimal Flavor Violation, 3) flavor physics in theories beyond the Standard Model and "high energy" flavor transitions of the top quark and of the Higgs boson. As a bi-product, I present the most updated constraints from the measurements of B_s -> mu^+mu^-, as well as I discuss the most recent development in the LHC searches for top flavor changing couplings.

연구 동기 및 목표

• 표준모형과 그 이상의 맛 물리학 및 CP 위반에 대한 교육적 소개를 제공하는 것.
• 효과적 양자장 이론과 최소 맛 위반 원리가 뉴 피직스를 제약하는 데서 수행하는 역할를 탐색하는 것.
• LHC에서의 뉴 피직스 탐색을 위한 토퍼 쿼크와 힉스 보손의 맛 변화 상호작용을 분석하는 것.
• 희귀 붕괴, 예를 들어 Bs →μ⁺μ⁻와 토퍼 쿼크의 맛 전이에 대한 최신 실험적 제약 조건을 제시하는 것.
• 저에너지 맛 측정과 고에너지 충돌기 탐색 간의 상호보완성을 부각하는 것.

제안 방법

• 고에너지 뉴 피직스 자유도를 통합함으로써 표준모형 라그랑지안에 고차원 연산자를 생성하는 효과적 양자장 이론 기법을 사용한다.
• 맛 변화 중성미류 상호작용(FCNC)을 제약하고 나무단계 맛 위반을 억제하기 위해 최소 맛 위반(MFV) 가정을 적용한다.
• 요카다 상호작용에 의한 대칭의 자발적 붕괴를 통해 표준모형의 전역 맛 대칭과 그 맛 구조를 분석한다.
• LHC 런 I 데이터와 현재의 실험적 한계를 바탕으로 토퍼 쿼크 및 힉스 보손의 맛 변화 상호작용에 대한 제약 조건을 평가한다.
• LHCb, Belle, Babar, ATLAS/CMS의 실험 결과를 검토하여 희귀 B 붕괴, 렙톤 유니버설리티 테스트, 힉스 맛 위반 붕괴에 대해 분석한다.
• 특히 BR(Bs →μ⁺μ⁻), B →K(⁎)μμ의 각도 관측량, B →D(⁎)τν 이질현상에 대해 이론적 예측과 실험 데이터를 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준모형에서 맛 변화 중성미류 상호작용는 어떻게 발생하며, 왜 매우 강하게 억제되는가?
• RQ2 현재의 희귀 B 붕괴 측정값(예: Bs →μ⁺μ⁻, B →K(⁎)μμ)이 표준모형 예측과 얼마나 다를까?
• RQ3 저에너지 맛 관측이 이중 힉스 두중성자 모형과 초대칭과 같은 뉴 피직스 모형에 대해 어떤 제약을 가하는가?
• RQ4 어떻게 토퍼 쿼크와 힉스 보손의 맛 변화 상호작용이 테바 스케일의 뉴 피직스 탐색에 활용될 수 있는가?
• RQ5 힉스 보손은 맛 퍼즐에서 어떤 역할을 하는가? 그리고 다양한 페르미온 세대에 대한 그의 상호작용은 어떻게 새로운 물리학을 드러낼 수 있는가?

주요 결과

• 95% 신뢰수준에서 Bs →μ⁺μ⁻ 붕괴 분율은 BR(Bs →μ⁺μ⁻) < 3.2 × 10⁻⁹로 제약되며, 표준모형 예측과 일치한다.
• LHCb는 Bd →K⁎μμ 붕괴의 각도 관측량에서 표준모형 기대와의 편차를 보이는 이질현상을 관측했다.
• BR(B →Kμμ)/BR(B →Kee) 측정값은 렙톤 유니버설리티와 2.5σ의 불일치를 보이며, 가능성이 있는 뉴 피직스의 신호를 암시한다.
• B →Dτν 붕괴는 표준모형 예측에서 2–3σ의 편차를 보이며, Belle과 Babar는 증가된 붕괴 분율을 보고했다.
• 현재 LHC에서의 토퍼 쿼크 맛 변화 상호작용(예: t →cH, t →cZ, t →cγ) 탐색 결과는 BR(t →cH) < 10⁻⁴ 및 BR(t →cZ) < 10⁻⁴의 상한을 설정했다.
• 힉스 맛 위반 붕괴, 예를 들어 h →τμ 및 h →τe는 아직도 표준모형 기대와 일치하며, 특별한 신호는 관측되지 않았다.