[论文解读] FCNC Processes Waiting for the Next Decade

Andrzej J. Buras|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文概述了未来十年 flavor physics 的 20 项关键目标，聚焦于稀有过程与精确测量，以探测标准模型之外的新物理。它强调，FCNC 过程、电偶极矩以及 $(g-2)_\mu$ 可提供对高达 200 TeV 能量尺度的间接探测，而超对称 flavor 模型在解释 $S_{\psi\phi}$、$\varepsilon_K$ 以及 $\mu \to e\gamma$ 中的异常方面展现出潜力。

ABSTRACT

FCNC processes are expected to offer us a deep insight into the physics at very short distance scales. We present a list of 20 goals in quark and lepton flavour physics that could be reached already in the next decade. This list includes also flavour conserving observables like electric dipole moments of the neutron and leptons and (g-2)_μ. Subsequently we will present some aspects of these goals by concentrating on supersymmetric flavour models. A much more extensive presentation of this material can be found in my recent EPS09 talk.

研究动机与目标

• 确定未来十年 flavor physics 中最具前景的实验与理论目标。
• 评估稀有衰变、CP 不对称性与电偶极矩在揭示标准模型之外新物理方面的潜力。
• 探讨超对称 flavor 模型如何同时解释 $S_{\psi\phi}$、$\varepsilon_K$、$(g-2)_\mu$ 以及轻子 flavor 破坏中的异常。
• 评估当前数据与标准模型的一致性，特别是 $\varepsilon_K$ 与 $S_{\psi K_S}$ 之间的张力。

提出的方法

• 利用格点 QCD 计算提高强子矩阵元（如 $\hat{B}_K$、$F_{B_s}$ 与 $F_{B_d}$）的精度，从而实现 $\varepsilon_K$ 与 $B_{s,d} \to \mu^+\mu^-$ 的精确标准模型预测。
• 分析各种新物理模型（包括 MFV、CMFV、RVV2、AKM 与 $\delta$ LL 情形）中 $S_{\psi\phi}$、$Br(B_{s} \to \mu^+\mu^-)$ 与 $Br(\tau \to \mu\gamma)$ 等可观测量之间的关联。
• 评估 LHCb、Super-Belle 与未来 SFF 设施改进测量结果对确定 CKM 矩阵元与检验标准模型的影响。
• 应用 MFV 与 CMFV 假设等理论框架，约束 FCNC 过程中新物理的贡献。
• 利用数值模拟与模型依赖性分析，预测不同新物理模型中分支比与 CP 不对称性的最大增强。
• 将理论预测与 CDF、D0 与 LHCb 的实验数据对比，以检验标准模型预测 $S_{\psi\phi} \approx 0.04$。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的 $S_{\psi\phi} \approx 0.81$ 是否可由新物理解释，还是仅为统计涨落？
• RQ2 在使用更新的格点 QCD 结果计算 $\hat{B}_K$ 时，$\varepsilon_K$ 的测量值是否与标准模型预测一致？
• RQ3 超对称 flavor 模型能否同时解释 $(g-2)_\mu$ 异常、$S_{\psi K_S}$ 异常与较大的 $A_{\rm CP}^{bs\gamma}$？
• RQ4 在各种新物理模型中，$Br(K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu})$、$Br(K_L \to \pi^0 \nu\bar{\nu})$、$Br(B_s \to \mu^+\mu^-)$ 与 $S_{\psi\phi}$ 的最大增强分别是多少？
• RQ5 LHCb 与 Super-B 对 $|V_{ub}|$、$\gamma$ 与 $|V_{cb}|$ 的精确测量能否解决当前 CKM 单位性中的张力？

主要发现

• 更新的格点 QCD 计算结果表明，$\hat{B}_K$ 可能导致标准模型预测与 $\varepsilon_K$ 测量值之间出现张力，暗示可能存在新物理贡献。
• CDF 与 D0 观测到的 $S_{\psi\phi} \approx 0.81^{+0.12}_{-0.32}$ 显著高于标准模型预测的 $\approx 0.04$，提示可能存在新物理信号。
• 在 $\delta$ LL 超对称模型中，较大的 $A_{\rm CP}^{bs\gamma}$ 与 $(g-2)_\mu$ 异常的解决自动关联；而在具有右手中性流的模型中，$A_{\rm CP}^{bs\gamma}$ 仍接近标准模型值。
• RVV2 模型预测 $Br(\mu \to e\gamma) \geq 10^{-9}$，该量级在 Super-B 机器的探测范围内，而 AKM 模型则未达到此灵敏度。
• 在 MFV 与 CMFV 模型中，$Br(B_s \to \mu^+\mu^-)$ 可增强高达 1000%，而 $S_{\psi\phi}$ 仍接近标准模型值 0.04。
• RSc 模型可使 $Br(K_L \to \pi^0 \nu\bar{\nu})$（最多增强 150%）与 $S_{\psi\phi}$（最多增强至 0.75）实现大幅增强，使其成为解释异常现象的可行候选。