[論文レビュー] Introduction to flavour physics

Jure Zupan|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2019

Experimental and Theoretical Physics Studies参考文献 5被引用数 12

ひとこと要約

この論文は、素エネルギー模型のフレーバー構造、小林・益川のメカニズム、および中間子混合や希少崩壊を用いた検証を含め、フレーバーフィジックスの包括的な紹介を提供する。最近のB物理学における異常や、電弱スケールを超える新しい物理のプローブとしてのヒッグス粒子の役割を強調し、SMフレーバーパズルや新しい物理の制約を扱うフレームワークを提示する。

ABSTRACT

We give a brief introduction to flavour physics. The first part covers the flavour structure of the Standard Model, how the Kobayashi-Maskawa mechanism is tested and provides examples of searches for new physics using flavour observables, such as meson mixing and rare decays. In the second part we give a brief overview of the recent flavour anomalies and how the Higgs can act as a new flavour probe.

研究の動機と目的

• 分野に初めて入門する研究者向けに、フレーバーフィジックスの基礎的概要を提供すること。
• フェルミオンの世代とユカワ結合を含む、標準模型のフレーバー構造を説明すること。
• 小林・益川メカニズムがCP対称性の破れをどのように説明するか、およびフレーバーオブザーバブルを用いた検証方法を詳述すること。
• 希少崩壊や中間子混合からの新しい物理の制約を検討すること。
• 最近のB物理学の異常と、ヒッグス粒子が新たなフレーバー感度相互作用のプローブとして果たす役割について議論すること。

提案手法

• フレーバーに依存しない運動項とフレーバーに依存するユカワ相互作用に重点を置いたSMラグランジアンの分析。
• フレーバー構造の起源を説明するため、グローバルフレーバー対称性 $ U(3)_{\rm q}^3 \times U(3)_{\rm lep}^2 $ を用いる。
• ユニタリ変換を適用してユカワ行列を対角化し、CKM行列とPMNS行列を導出する。
• クォークおよびレプトンの質量と混合角を含む、SM内の物理的パラメータを評価する。
• フレーバー変換過程と新しい物理の寄与を研究するため、有効場理論の技術を導入する。
• ニュートリノ質量が非ゼロである影響を、ディラックおよびメジャノラ機構を用いて検討し、特にメジャノラニュートリノのためのワインバーグ作用素を含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ標準模型はフェルミオン質量に階層的構造を示し、これは新しい物理に何を示唆するのか？
• RQ2 中間子混合や希少崩壊といったフレーバーオブザーバブルを通じて、小林・益川メカニズムはどのように検証されるのか？
• RQ3 現在のフレーバー測定は、標準模型を超える新しい物理にどのような制約を課すのか？
• RQ4 B中間子崩壊における最近の異常は、なぜ標準模型を挑戦し、新しい物理の兆候を示唆するのか？
• RQ5 ヒッグス粒子は、どのようにしてフレーバーに敏感な相互作用のプローブとして機能するのか？

主な発見

• SMフレーバー構造は、フレーバーに依存しない運動項とフレーバーに依存するユカワ結合の相乗作用に起因する。
• 小林・益川メカニズムはクォーク系におけるCP対称性の破れを説明し、$B^0$-$\bar{B}^0$混合および希少崩壊の精密測定によって制約を受ける。
• 最近の$B \to K^{(*)} \mu^+ \mu^-$崩壊における異常は、$b \to s \mu^+ \mu^-$遷移に新しい物理の寄与がある可能性を示唆している。
• ヒッグス粒子はフレーバー変換型中性荷電現在を媒介でき、したがって電弱スケールよりもはるかに高いスケールでの新しい物理の感受性の高いプローブとして機能する。
• 非ゼロのニュートリノ質量を考慮すると、PMNS行列は3つの混合角と1つの物理的CP位相を導入するが、メジャノラニュートリノでは2つの追加の物理的位相が加わる。
• 質量を持つニュートリノを含むSMにおける物理的パラメータの数え上げは、ディラック性かメジャノラ性かに応じて、9つの実数パラメータ（3つの荷電レプトン質量、3つのニュートリノ質量、3つのPMNS角）と1つまたは3つの物理的位相を確認する。