[論文レビュー] Flavor Physics with light quarks and leptons

Gino Isidori|ArXiv.org|Jun 5, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、素粒子模型を超える新しい物理の探査として、希少な中性子K崩壊およびレプトンフラバー非保存過程におけるフラバー物理学を検討する。最小フラバー違反（MFV）仮説をフレームワークとして用い、$K\to\pi\nu\bar{\nu}$、$\mu\to e\gamma$、$K_{\ell 2}$および$\pi_{\ell 2}$崩壊におけるレプトンユニバーサリティのテストといった観測量の間のモデルに依存しない相関関係を確立し、MFV下で$\mu\to e\gamma$がTeVスケールの新しい物理の最も感受性の高い探査手段であることを示している。

ABSTRACT

The impact of rare K decays and lepton-flavor violating processes in shedding light on physics beyond the Standard Model is reviewd. To this purpose, I first recall the formulation of the Minimal Flavor Violation hypothesis --both in the quark and in the lepton sector-- and then use it as guiding principle in comparing the new-physics sensitivity of different rare processes. On the phenomenological side, the discussion is focused mainly on the impact of K -> pi nu nu-bar, mu -> e gamma, and lepton-flavor universality tests with Kl2 and Pl2 decays.

研究の動機と目的

• 低エネルギーにおけるフラバー非保存過程が、標準模型を超える新しい物理にどれほど感受性があるかを評価すること。
• 新しい物理がTeVスケールに存在するにもかかわらず、FCNCおよびLF非保存過程がなぜ抑制されたままであるかというフラバー問題を扱うこと。
• 最小フラバー違反（MFV）仮説を用いて、希少崩壊およびLFユニバーサリティのテストの間のモデルに依存しない相関関係を確立すること。
• MFVが$K\to\pi\nu\bar{\nu}$、$\mu\to e\gamma$、$K_{\ell 2}$および$\pi_{\ell 2}$崩壊における$R_P^{\mu/e}$の過程に対して、どれほど予測力を持つかを評価すること。
• MEGや高精度な$\pi_{\ell 2}$測定といった今後の実験が、新しい物理スケールをどの程度探査できるかを特定すること。

提案手法

• クォークおよびレプトン系において、新しい物理の結合定数がヤコビアン相互作用に制限される対称性原理としての最小フラバー違反（MFV）仮説を形式化すること。
• すべての高次元オペレーターが、$G_F = SU(3)^3_q \otimes SU(3)^2_\ell \otimes U(1)^5$というフラバー群に不変であり、ヤコビアン結合定数が唯一のフラバー破れの源であるような効果的場理論（EFT）フレームワークを構築すること。
• MFVフレームワークを用いて、$\mathcal{B}(K\to\pi\nu\bar{\nu})$、$\mathcal{B}(\mu\to e\gamma)$、$R_P^{\mu/e}$といった希少崩壊のブランチング比に対するモデルに依存しない予測を導出すること。
• EFTを用いて、ニュートリノ質量および混合角の観点から、$\mu\to e\gamma$および$\tau\to\mu\gamma$のブランチング比の間の相関を計算すること。
• $K_{\ell 2}$および$\pi_{\ell 2}$崩壊が、特に大$\tan\beta$およびスレプトン混合を伴うMSSMの文脈において、LFユニバーサリティの破れにどれほど感受性があるかを評価すること。
• 理論的予測を、MEGやTRIUMFおよびPSIでの今後の$\pi_{\ell 2}$実験といった現在および予想される実験感度と比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MFV仮説の下で、$K\to\pi\nu\bar{\nu}$のような希少K崩壊は、どの程度新しい物理スケールを制限するか？
• RQ2 MFVが$\mu\to e\gamma$や$\tau\to\mu\gamma$のようなレプトンフラバー非保存崩壊に対して、どの程度の予測力を持つか？
• RQ3 $K_{\ell 2}$および$\pi_{\ell 2}$崩壊は、標準模型を超えるレプトンユニバーサリティのテストに、どれほど感受性があるか？
• RQ4 MFVフレームワークにおいて、$\mu\to e\gamma$と$\tau\to\mu\gamma$のブランチング比の間には、どの程度のモデルに依存しない相関関係があるか？
• RQ5 大$\tan\beta$およびスレプトン混合を伴うMSSMにおいて、$R_P^{\mu/e}$比の偏差はどの程度生じるか？

主な発見

• MFV仮説の下では、$\mu\to e\gamma$がTeVスケールの新しい物理に対して最も感受性の高い探査手段であり、現実的な新しい物理スケールにおいてMEG実験で観測可能なブランチング比が予測される。
• MFVフレームワークにおいて、$\mathcal{B}(K\to\pi\nu\bar{\nu})$のブランチング比は高い精度で予測可能であり、新しい物理のテストに重要な観測量である。
• もし$1-3$ニュートリノ混合角$s_{13} \gtrsim 0.1$であれば、$\tau\to\mu\gamma$は将来的な加速器で観測される可能性が低く、$\mu\to e\gamma$が主な探査手段となる。
• 大$\tan\beta$および右スlepton混合を伴うMSSMでは、$R_K^{\mu/e}$の偏差が最大で$\sim1\%$に達する可能性があり、現在の実験解像度に近い。
• $R_\pi^{\mu/e}$の偏差は最大で$\sim10^{-4}$にとどまり、現在の解像度より低いが、TRIUMFおよびPSIでの次世代$\pi_{\ell 2}$実験で測定可能となる可能性がある。
• 特定のMSSM実現例のような非MFV系においては、$K_{\ell 2}$崩壊における$R_P^{\mu/e}$はSMから最大で$\sim1\%$ずれる可能性があり、希少崩壊とは別な探査手段として有用である。