[论文解读] B-factory Signals for a Warped Extra Dimension

Kaustubh Agashe, Gilad Perez+1 more|CERN Bulletin|Jun 9, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 9

一句话总结

本文研究了在具有守恒规范对称性的弯曲额外维度的Randall-Sundrum模型（RS1）中，味破坏信号的表现，表明轻的Kaluza-Klein（KK）激发态——与电弱精确测量一致——在B物理中产生显著且可检验的效应。关键结果是在辐射B衰变（如$B \to K^*\gamma$）中出现一种新型、O(1)的CP破坏信号，该信号源于标准模型（SM）与涉及右手中子底夸克的NP振幅之间的干涉，为B-工厂提供了明确的实验证据。

ABSTRACT

We study predictions for B-physics in a class of models, recently introduced, with a non-supersymmetric warped extra dimension. In these models few ($\sim 3$) TeV Kaluza-Klein masses are consistent with electroweak data due to bulk custodial symmetry. Furthermore, there is an analog of GIM mechanism which is violated by the heavy top quark (just as in SM) leading to striking signals at $B$-factories:(i) New Physics (NP) contributions to $ΔF= 2$ transitions are comparable to SM. This implies that, within this NP framework, the success of SM unitarity triangle fit is a ``coincidence'' Thus, clean extractions of unitarity angles via e.g. $B o ππ,ρπ, ρρ, DK$ are likely to be affected, in addition to O(1) deviation from SM prediction in $B_s$ mixing. (ii) O(1) deviation from SM predictions for $B o X_s l^+ l^-$ in rate as well as in forward-backward and direct CP asymmetry. (iii) Large mixing-induced CP asymmetry in radiative B decays, wherein the SM unamibgously predicts very small asymmetries. Also with KK masses 3 TeV or less, and with anarchic Yukawa masses, contributions to electric dipole moments of the neutron are roughly 20 times larger than the current experimental bound so that this framework has a "CP problem".

研究动机与目标

• 研究具有规范对称性的Randall-Sundrum模型在体内的味结构，特别关注轻的Kaluza-Klein（KK）模式如何影响味改变过程。
• 识别在电弱精确测量存在张力的情况下，B物理中可观测的信号，以检验具有TeV尺度新物理尺度的RS1框架。
• 研究顶夸克在TeV膜附近局域化导致的味破坏起源及其大小，这会破坏RS-GIM机制。
• 评估该模型在中子电偶极矩（EDM）约束下的可行性，识别出由Majorana型相位引起的新型CP问题。
• 确立该模型在稀有B衰变中产生显著且可检验的信号，特别是在辐射和味改变过程中，使B设施成为关键探测工具。

提出的方法

• 分析具有体费米子和规范场的RS1模型，其中费米子质量源于在弯曲额外维中的波函数局域化，而Higgs粒子局域在TeV膜上。
• 使用具有约TeV量级的弯曲截断能量的RS1模型的低能有效4D描述，计算来自KK规范玻色子和Higgs玻色子交换的味破坏贡献。
• 应用RS1中的类GIM机制：靠近Planck膜局域的轻费米子由于波函数重叠而抑制KK模式引起的FCNC，而靠近TeV膜的顶夸克会破坏这种抑制。
• 通过涉及KK费米子和Higgs的圈图计算NP对磁矩算符$C_{7\gamma}^{\prime \rm RS}$的贡献，其耦合因靠近TeV膜的波函数局域化而增强。
• 利用无序的5D Yukawa耦合计算右手中子夸克混合$ (D_R)_{23} $，并将其与夸克质量和CKM角匹配。
• 评估包含Majorana型相位的一圈图对中子EDM的贡献，表明即使在两种味的情况下，其贡献也未被抑制。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有轻KK模式和守恒规范对称性的RS1模型中，稀有B衰变的主要味破坏贡献是什么？
• RQ2 顶夸克在TeV膜附近的局域化如何破坏RS-GIM机制，并在B物理中产生可观测信号？
• RQ3 NP对$b \to s\gamma$磁矩算符的贡献大小和味结构如何？与标准模型相比有何不同？
• RQ4 该模型能否由于SM与NP振幅之间的干涉，在辐射B衰变中产生显著的CP破坏信号？
• RQ5 5D Yukawa耦合中的复相位在多大程度上导致中子EDM问题？该问题能否在模型内得到解决？

主要发现

• 在具有守恒规范对称性且KK模式较轻（$m_{\rm KK} \sim 3\,{\rm TeV}$）的RS1模型中，通过KK费米子和Higgs的圈图，对$b \to s\gamma$磁矩算符产生O(1)的贡献，其表达式为$C_{7\gamma}^{\prime \rm RS}/C_{7\gamma}^{\rm SM} \sim \left( D_R \right)_{23} \left( \lambda_{5D}/4 \right)^2 \left( 3\,{\rm TeV}/m_{\rm KK} \right)^2$。
• 右手中子夸克混合$ (D_R)_{23} \sim m_s/m_b \cdot V_{ts}^{-1} \sim {\cal O}(1) $，导致$b_L \to (s,d)_{R}\gamma$的NP振幅显著，其大小与SM中$b_R \to (s,d)_{L}\gamma$的振幅相当。
• 这导致在$B \to K^*\gamma$和$B_s \to \phi\gamma$衰变中出现一种新型、O(1)的CP破坏信号，源于SM与NP振幅之间的干涉，构成明确的实验证据。
• 该模型预测在辐射衰变中光子极化并非纯左旋，该预测可在B-工厂中得到检验。
• 中子EDM从Majorana型相位获得未被抑制的一圈贡献，其大小超出实验限制约$\mathcal{O}(20)$，表明存在显著的CP问题。
• 尽管存在CP问题，该模型仍通过波函数局域化和内在的近似味对称性，为标准模型味谜题提供了合理解释，同时在B物理中产生可观测的信号。