[论文解读] Flavour physics, supersymmetry and grand unification

Ulrich Nierste|arXiv (Cornell University)|Jul 4, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 10被引用 4

一句话总结

该论文提出，在大质量CP破坏相位的$B_s$–$\overline{B}_s$混合中——DØ数据表明其存在——可通过超对称大统一理论（SUSY GUTs）中的右手中微子混合诱导的味改变$b \to s$跃迁来解释。在具有约束最小味破坏（CMFV）的SO(10) GUT模型中，该模型同时满足大$B_s$混合相位、所有味物理和希格斯质量约束，并将$B_s$混合与$\tau \to \mu\gamma$衰变相关联，为标准模型在味物理中的张力提供了一个可行的解决方案。

ABSTRACT

A global fit to quark flavour-physics data disfavours the Standard Model with 3.6 standard deviations and points towards new CP-violating physics in meson-antimeson mixing amplitudes. Tevatron data call for a new Bs-Bs-bar mixing phase and new physics in Bd-Bd-bar mixing alleviates the tension on the unitarity triangle driven by B(B-> tau nu). In supersymmetric GUT models the large atmospheric neutrino mixing angle can influence b -> s transitions. I present the results of a recent analysis in an SO(10) GUT model which accomodates the large Bs-Bs-bar mixing phase while simultaneously obeying all other experimental constraints.

研究动机与目标

• 为解决标准模型在$B_s$–$\overline{B}_s$混合相位预测中的张力，该预测与DØ数据在3.9σ水平下不一致。
• 探索超对称大统一理论（SUSY GUTs）是否能自然解释观测到的大$B_s$混合中CP破坏相位。
• 构建一个可行的SO(10) GUT模型，同时满足来自$B_d$混合、$\epsilon_K$、$b \to s\gamma$、$\tau \to \mu\gamma$和希格斯玻色子质量的约束。
• 证明大大气中微子混合角可通过GUT框架中右手中微子混合诱导非MFV的$b \to s$跃迁。
• 表明该模型在不违背现有味物理数据的同时，允许$B_s$混合中存在大的新物理效应。

提出的方法

• 对夸克味物理数据进行全局拟合，包括$B_d$和$B_s$混合、$\epsilon_K$、$B \to \tau\nu$和$b \to s\gamma$，以识别与标准模型的张力。
• 使用允许复数新物理相位的框架，分析新物理对$\Delta F = 2$介子-反介子混合振幅的影响，特别关注$B_s$混合。
• 构建一个具有约束最小味破坏（CMFV）的SO(10) GUT模型，其中大大气中微子混合角通过右手中微子混合与$b \to s$跃迁相关联。
• 利用跑动方程计算右手中微子下夸克质量矩阵，其非对角项与PMNS矩阵和顶夸克汤川耦合诱导的质量分裂成正比。
• 通过GUT对称性破缺链SO(10) → SU(5) → SM，将$B_s$混合与$\tau \to \mu\gamma$衰变相关联，确保味一致性预测。
• 对仅含七个参数的CMM模型进行全局数值分析，扫描超对称粒子质量、$\tan\beta$和三线性项，以识别可行参数区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 超对称GUT模型能否解释DØ数据中观测到的$B_s$–$\overline{B}_s$混合中大CP破坏相位，该相位与标准模型相差3.9σ？
• RQ2 在GUT框架中，如何将大大气中微子混合角与$b \to s$跃迁关联，而不违反味约束？
• RQ3 是否可能在同时满足$B_d$混合、$\epsilon_K$、$b \to s\gamma$和$\tau \to \mu\gamma$约束的前提下，实现大的$B_s$混合相位？
• RQ4 右手中微子混合和PMNS矩阵元在GUT框架中生成$B_s$混合中新的CP破坏相位中起什么作用？
• RQ5 基于SO(10) GUT与CMFV的CMM模型能否容纳观测到的$B_s$混合相位，同时与测量的希格斯玻色子质量及超对称粒子质量界限保持一致？

主要发现

• 对味物理数据的全局拟合在3.6σ水平下不支持标准模型，表明介子-反介子混合振幅中存在新的CP破坏物理。
• DØ数据要求在$B_s$–$\overline{B}_s$混合中存在新CP相位，显著性达3.9σ，这无法由标准模型解释。
• 具有CMM框架的SO(10) GUT模型成功容纳了大的$B_s$混合相位，同时满足所有其他实验约束，包括$\epsilon_K$、$B_d$混合、$b \to s\gamma$和$\tau \to \mu\gamma$。
• 该模型预测$B_s$混合相位与$\tau \to \mu\gamma$衰变通过GUT对称性破缺链相关联，提供了可检验的联系。
• 在CMM模型中，十二个标量夸克质量中有八个几乎 degenerate，通常超过1 TeV，与LHC限制一致。
• 来自维度-5算符的修正将部分$B_s$混合贡献泄漏到$B_d$和$K$混合中，有助于缓解单位三角形拟合中的张力。