[论文解读] Constraining RS Models by Future Flavor and Collider Measurements: A Snowmass Whitepaper

Kaustubh Agashe, Martin Bauer+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 3, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 32被引用 8

一句话总结

本Snowmass白皮书研究了未来味物理实验与对撞机搜索如何约束夸克与轻子味的Randall-Sundrum（RS）模型。通过分析kaon与B介子中的树图味违反过程，以及对撞机信号，本研究预测，LHCb及稀有衰变实验的未来测量将能探测到高达10 TeV的KK标度的RS模型，而muon味实验如Mu2e与MEG则可在非规则情景下将探测范围扩展至80 TeV的标度。

ABSTRACT

Randall-Sundrum models are models of quark flavor, because they explain the hierarchies in the quark masses and mixings in terms of order one localization parameters of extra dimensional wavefunctions. The same small numbers which generate the light quark masses suppress contributions to flavor violating tree level amplitudes. In this note we update universal constraints from electroweak precision parameters and demonstrate how future measurements of flavor violation in ultra rare decay channels of Kaons and B mesons will constrain the parameter space of this type of models. We show how collider signatures are correlated with these flavor measurements and compute projected limits for direct searches at the 14 TeV LHC run, a 14 TeV LHC luminosity upgrade, a 33 TeV LHC energy upgrade, and a potential 100 TeV machine. We further discuss the effects of a warped model of leptons in future measurements of lepton flavor violation.

研究动机与目标

• 评估未来味物理实验（特别是稀有kaon与B介子衰变）对Randall-Sundrum模型的约束。
• 探索味可观测量与直接对撞机搜索Kaluza-Klein共振之间的互补性。
• 评估在翘曲额外维模型中轻子味违反的影响，特别是通过电偶极矩与稀有muon衰变。
• 预测未来对撞机（14 TeV LHC、亮度与能量升级，以及100 TeV对撞机）对RS模型参数的探测灵敏度。
• 确定味测量是否可通过自旋结构区分，来识别RS模型中基础规范群结构。

提出的方法

• 采用五维翘曲额外维框架，标准模型场分布在体中，Higgs局域化在红外膜上，通过波函数局域化来实现味层次结构。
• 应用RS-GIM机制以抑制树图味改变中性流，依赖于小的局域化参数来生成夸克质量层次。
• 利用有效场论与算符分析，计算$K \to \pi \nu\bar{\nu}$、$K_L \to \mu^+\mu^-$与$B \to \pi \nu\bar{\nu}$中的味违反振幅。
• 通过KK胶子与规范玻色子的信号建模，预测对撞机探测能力，其质量标度为$m_{G^{(1)}} \approx 2.5\,M_{\mathrm{KK}}$，并具有与轻夸克的耦合。
• 评估轻子味可观测量，如$\mu \to e\gamma$、$\mu \to eee$与EDMs，推导出对Yukawa耦合与$M_{\mathrm{KK}}$的约束。
• 对最小RS模型（无宇称保护）与宇称保护模型进行对比分析，利用电弱精确测量数据与CP破坏约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 未来对$K \to \pi \nu\bar{\nu}$与$K_L \to \mu^+\mu^-$的测量如何约束RS模型中的夸克局域化参数？
• RQ2 味违反可观测量与RS模型中Kaluza-Klein共振的直接对撞机信号之间存在何种关联？
• RQ3 未来轻子味实验（如Mu2e与MEG）在多大程度上可探测翘曲模型中轻子的新物理标度？
• RQ4 T参数与$Zb_L\bar{b}_L$耦合约束如何塑造最小RS模型的可行参数空间？
• RQ5 在稀有衰变中，新物理贡献的自旋结构是否能区分RS模型中不同基础体规范群？

主要发现

• 未来对${\cal B}(K_L \to \mu^+\mu^-)$与${\cal B}(K^+ \to \pi^+ \bar{\nu}\nu)$的测量可确定新物理的自旋结构，从而区分$SU(2)_L \times SU(2)_R$保护与最小RS模型。
• ORKA合作组提出的$K \to \pi \nu\bar{\nu}$测量可高精度探测夸克局域化参数，为理解RS模型结构提供独特窗口。
• 14 TeV LHC、其亮度升级以及33 TeV升级的预测极限可依据模型与信号选择，将$M_{\mathrm{KK}}$约束至10 TeV。
• 在非规则RS模型中，$\mu \to e\gamma$与$\mu \to eee$是最敏感的探测工具，当前数据已设定$M_{\mathrm{KK}} > 20$ TeV的约束。
• 下一代实验如Mu2e与MEG可在非规则情形下探测到$M_{\mathrm{KK}} \gtrsim 80$ TeV，显著扩展当前约束的探测范围。
• T参数与$Zb_L\bar{b}_L$耦合约束要求最小RS模型中$M_{\mathrm{KK}} \gtrsim 5$ TeV，宇称保护版本中$\gtrsim 2$ TeV，而$K\bar{K}$系统中的CP破坏将该界限推高至$>8$ TeV。