[论文解读] SuperB Progress Reports - Physics

B. O'Leary, S. Tosi+127 more|CERN Document Server (European Organization for Nuclear Research)|Aug 9, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 54

一句话总结

Super B 提出建设一台高亮度 e⁺e⁻ 对撞机，通过精确的味物理研究探测标准模型之外的新物理，特别是罕见和 CP 破坏性 B、D 和 τ 介子衰变。通过测量味改变过程中的偏离，即使在大型强子对撞机（LHC）未发现新粒子的情况下，也能间接探测高达 100 TeV 能量尺度的新物理，并通过罕见衰变、混合、CP 破坏和电弱参数的互补测量约束新物理模型。

ABSTRACT

84 pages, 38 figures

研究动机与目标

• 通过精确测量 B、D 和 τ 介子中稀有和 CP 破坏性衰变，实现对高达 100 TeV 能量尺度的新物理的间接探测。
• 通过结合多种互补的味可观测量，解决新物理模型中的歧义，特别是在大型强子对撞机（LHC）未发现新粒子的情况下。
• 对标准模型进行高精度检验，包括幺正三角形约束、sin²θW 和 CPT 不变量，减少理论不确定性。
• 利用来自超级味工厂的大样本事件，探索轻子味违反、暗物质领域现象和新奇谱学。
• 提供一个全面的物理计划，通过味敏感可观测量实现对新物理的模型无关约束，与 LHC 的直接搜寻形成互补。

提出的方法

• 利用在 Υ(4S) 和 Υ(5S) 共振态下运行的 Super B e⁺e⁻ 对撞机，产生大量 B、D 和 τ 衰变样本，以实现高精度测量。
• 对 B → K*ℓ⁺ℓ⁻、B → Kνν̄ 和 D⁰ → μ⁺μ⁻ 等稀有衰变进行包含和选择性测量，以探测新物理贡献。
• 对 B → K*ℓ⁺ℓ⁻ 衰变应用角分布分析技术，提取形式因子以及正向-反向不对称性和 Sivers 类可观测量中的新物理贡献。
• 测量 B 和 D 衰变中的 CP 不对称性，包括时间依赖的 CP 破坏和量子关联的 D⁰D̄⁰ 衰变，以探测混合和 CP 破坏中的新物理。
• 开展对 τ 衰变中轻子味违反的高灵敏度搜索（分支比低至 2×10⁻¹⁰）以及轻介子衰变中的搜索，以探测轻 Higgs 或暗物质媒介子。
• 结合 |V_ub|、|V_cb| 和 sin²θW 的测量，对幺正三角形和标准模型进行过约束测试。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何通过精确测量稀有 B 和 D 衰变来约束超出 LHC 探测范围的能量尺度的新物理模型？
• RQ2 在 LHC 尚未确认新物理的情况下，B 和 D 实验中 CP 破坏和味改变中性流的偏离在多大程度上可指向新物理？
• RQ3 Super B 中多种味可观测量的相互作用能否解开新物理的结构特征，例如在 MSSM 或小 Higgs 模型中？
• RQ4 Super B 对 τ 衰变中轻子味违反的灵敏度如何？其对轻 Higgs 或暗物质领域粒子的探测能力如何？
• RQ5 对 B 和 D 系统中 sin²θW 和 CPT 不变量的高精度测量，如何测试量子引力或普朗克尺度附近的新物理？

主要发现

• 即使在大型强子对撞机（LHC）未发现新粒子的情况下，Super B 也能通过间接测量探测高达 100 TeV 能量尺度的新物理。
• 该实验对 τ 衰变中轻子味违反的探测灵敏度可达到分支比 2×10⁻¹⁰ 的量级，从而能够检验预测信号在约 10⁻⁸ 量级的 SUSY GUT 模型。
• 在双轻子 B 衰变中观测到的 2.7σ CPT 不变量偏差，可通过高精度测量进行检验，潜在探测接近普朗克尺度的新物理。
• Super B 对 sin²θW 的测量将达到高精度，为标准模型提供关键检验，并对 CMSSM 情景下的 Higgs 质量提供约束。
• Super B 将通过多种对角度和边长的测量，对幺正三角形进行过约束测试，减少理论不确定性并提高对新物理的探测灵敏度。
• 该实验将首次对 D⁰D̄⁰ 系统中的粲介子混合和 CP 破坏进行高统计量研究，包括量子关联衰变，以寻找超出标准模型的显著 CP 破坏效应。