[论文解读] CP Violation From Standard Model to Strings

Tarek Ibrahim, Pran Nath|arXiv (Cornell University)|May 14, 2007

Particle accelerators and beam dynamics被引用 5

一句话总结

本文系统综述了从标准模型到弦理论的CP破坏，分析其在重子生成、电偶极矩（EDMs）、希格斯玻色子物理以及超对称与额外维度模型中暗物质的作用。重点阐述了超对称与弦紧化中CP破坏相位对$g-2$、希格斯衰变和质子稳定性的可观测量影响，强调EDM约束与对撞机信号。

ABSTRACT

A review of CP violation from the Standard Model to strings is given which includes a broad landscape of particle physics models, encompassing the non-supersymmetric 4D extensions of the standard model, and models based on supersymmetry, on extra dimensions, on strings and on branes. The supersymmetric models discussed include complex mSUGRA and its extensions, while the models based on extra dimensions include 5D models including models based on warped geometry. CP violation beyond the standard model is central to achieving the desired amount of baryon asymmetry in the universe via baryogenesis and leptogenesis. They also affect a variety of particle physics phenomena: electric dipole moments, $g-2$, relic density and detection rates for neutralino dark matter in supersymmetric theories, Yukawa unification in grand unified and string based models, and sparticle production cross sections, and their decays patterns and signatures at hadron colliders. Additionally CP violations can generate CP even-CP odd Higgs mixings, affect the neutral Higgs spectrum and lead to phenomena detectable at colliders. Prominent among these are the CP violation effects in decays of neutral and charged Higgs bosons. Neutrino masses introduce new sources of CP violation which will be explored in neutrino factories in the future. Such phases can also enter in proton stability in unified models of particle interactions. The current experimental status of CP violation is discussed and possibilities for the future outlined.

研究动机与目标

• 系统性地回顾从标准模型到弦理论的粒子物理模型中的CP破坏。
• 分析CP破坏相位在通过轻子生成与重子生成机制产生宇宙重子不对称性中的作用。
• 考察电偶极矩（EDMs）对新物理模型的约束，尤其关注超对称与弦紧化模型。
• 探讨CP相位对关键可观测量的影响：$g-2$、希格斯衰变、中性ino暗物质、质子稳定性以及对撞机信号。
• 识别未来的实验探测手段，包括改进的EDM搜索、LHCb、Super Belle以及中微子工厂。

提出的方法

• 回顾标准模型中的CP破坏，重点关注强CP问题与CKM矩阵。
• 分析非超对称与超对称扩展，包括复数mSUGRA及其扩展。
• 研究五维与翘曲额外维度模型中的CP破坏，包括轨道面与D膜构造。
• 利用Fierz重排与标量夸克/中性ino交换图推导EDMs与中性ino-夸克散射的有效拉格朗日量。
• 应用跑代群演化方法处理EDM、染色电偶极与胶子偶极算符，包括抵消机制。
• 利用CPsuperH等计算工具，计算CP破坏的MSSM场景中希格斯谱与衰变宽度。

实验结果

研究问题

• RQ1 超对称模型中的CP破坏相位如何影响轻子与夸克的电偶极矩？
• RQ2 CP破坏在通过轻子生成与重子生成机制产生宇宙重子不对称性中起什么作用？
• RQ3 弦紧化与D膜模型中的CP破坏相位如何在对撞机上产生可观测信号？
• RQ4 CP相位以何种方式改变希格斯玻色子衰变，特别是CP偶极/奇性混合与带电希格斯衰变？
• RQ5 CP破坏相位对GUT与超对称模型中中性ino暗物质探测与质子稳定性有何影响？

主要发现

• MSSM中的CP破坏相位显著影响$g_\tau - 2$，其中停止交换对反常磁矩有贡献。
• 电子与μ子的EDM受到实验约束，其数值取决于标量费米子与规范玻色子质量矩阵中的复相位。
• 染色电偶极与纯胶子偶极算符对夸克EDM有贡献，需通过抵消机制以满足实验限制。
• 希格斯 sector 中的CP破坏相位导致CP偶极/奇性混合，改变中性希格斯谱，并在希格斯衰变中产生可观测信号。
• 带电希格斯衰变如$H^-\to \bar{t}b$与$H^-\to \bar{\nu}_\tau \tau$对CP相位敏感，可提供潜在的对撞机信号。
• CPsuperH代码可实现对含复相位的CP破坏MSSM希格斯系统的数值分析，包括衰变宽度与质量谱。