[论文解读] Minimal flavour violation and beyond: Towards a flavour code for short distance dynamics

Andrzej J. Buras|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 55

一句话总结

本文提出一种3×3味码矩阵，用于根据新物理模型在味和CP破坏方面的模式对它们进行分类，特别关注短距离动力学。通过分析B介子和K介子衰变中的关联性，该研究区分了最小味破坏（MFV）与非MFV情景，包括具有右手中微子流和标量相互作用的模型，提供了一个系统性框架，以识别标准模型之外味破坏的潜在动力学机制。

ABSTRACT

This decade should provide the first definitive signals of New Physics (NP) beyond the Standard Model (SM) and the goal of these lectures is a review of flavour physics in various extensions of the SM that have been popular in the last ten years. After an overture, two pilot sections and a brief summary of the structure of flavour violation and CP violation in the SM, we will present the theoretical framework for weak decays that will allow us to distinguish between different NP scenarios. Subsequently we will present twelve concrete BSM models summarizing the patterns of flavour violation characteristic for each model. In addition to models with minimal flavour violation (MFV) accompanied by flavour blind phases we will discuss a number of extensions containing non-MFV sources of flavour and CP violation and, in particular, new local operators originating in right-handed charged currents and scalar currents. Next we will address various anomalies in the data as seen from the point of view of the SM that appear very natural in certain extensions of the SM. In this presentation selected superstars of this field will play a very important role. These are processes that are very sensitive to NP effects and which are theoretically clean. Particular emphasis will be put on correlations between various observables that could allow us to distinguish between various NP scenarios. Armed with this knowledge we will propose a coding system in a form of a 3*3 matrix which helps to distinguish between various extensions of the SM. Finding which flavour code is chosen by nature would be an important step towards the fundamental theory of flavour. We give several examples of flavour codes representing specific models.

研究动机与目标

• 开发一个基于味和CP破坏模式的系统性新物理模型分类框架，尤其关注短距离动力学背景。
• 区分最小味破坏（MFV）与非MFV情景，包括具有右手中微子流、标量相互作用以及味盲或非盲相位的模型。
• 识别罕见B介子和K介子衰变中可区分竞争性新物理模型的可观测量关联性。
• 提出一种基于3×3矩阵的编码系统，以编码味破坏的结构，旨在指导实验搜索与理论发展。
• 评估未来实验（LHC、Belle II、SFF、EDMs）在解决味物理数据中的矛盾并识别味破坏正确动力学机制方面的潜力。

提出的方法

• 构建一个3×3味码矩阵（FCM），基于左手中微子流、右手中微子流和标量流的存在，编码各种新物理模型中味破坏的结构。
• 分析十二种具体的新物理模型，包括MFV模型、超对称扩展，以及具有非MFV来源（如右手中微子带电流和标量相互作用）的模型。
• 利用罕见衰变（如$B_{s,d} o au^+ au^-$、$K^+ o u \bar{\nu}$、$K_L \to \nu \bar{\nu}$）的理论预测与实验约束，绘制出特征性味模式。
• 评估可观测量之间相关性，如$S_{\text{ψK}_S}$、$S_{\text{ψφ}}$、$S_{\text{η'K}_S}$和$Br(B_{s,d} \to \tau^+ \tau^-)$，以区分不同模型。
• 比较特定模型（如RVV2、$SSU(5)_{RN}$）的FCM，识别其在味破坏模式上的关键差异，特别是在$S_{\text{ψK}_S}$及其相关可观测量方面。
• 对味盲相位（FBPs）和非MFV相位的条目保持不完整，以反映尚需进一步研究的局限性，承认当前编码方法的不足。

实验结果

研究问题

• RQ1 3×3味码矩阵能否有效根据味和CP破坏模式区分不同新物理模型？
• RQ2 罕见衰变可观测量之间的关联性（如$S_{\text{ψK}_S}$、$Br(B_{s,d} \to \tau^+ \tau^-)$）在区分MFV与非MFV模型方面起到何种作用？
• RQ3 具有右手中微子流或标量相互作用的模型在B介子和K介子衰变中，与MFV预测相比会产生多大程度的偏离？
• RQ4 味码矩阵能否捕捉RVV2与$SSU(5)_{RN}$等模型之间的差异，特别是在$S_{\text{ψK}_S}$及其关联性方面？
• RQ5 未来实验（Belle II、LHC、SFF、EDMs）将在多大程度上验证或优化所提出的味编码系统？

主要发现

• 3×3味码矩阵为基于味结构对新物理模型进行系统分类提供了有效途径，条目编码了左手中微子流、右手中微子流和标量流的存在。
• 具有右手中微子流的模型（如RVV2）在$S_{\text{ψK}_S}$及其与$S_{\text{ψφ}}$和$S_{\text{η'K}_S}$的关联性中表现出独特模式，与MFV及其他非MFV模型不同。
• $SSU(5)_{RN}$模型与RVV2模型有相似之处，但在味破坏模式上也存在关键差异，特别是在$S_{\text{ψK}_S}$关联性方面。
• 条目（MFV, RH）始终为空，因为MFV意味着通过质量比（$m_s/m_b$、$m_d/m_b$等）抑制右手中微子流。
• 当前味码矩阵尚无法完全捕捉所有模型特征，特别是在具有非味盲相位的模型（如RSc模型）中，表明仍需进一步优化。
• 可观测量如$S_{\text{ψK}_S}$、$Br(B_{s,d} \to \tau^+ \tau^-)$和$K^+ \to \nu \bar{\nu}$之间的关联性对区分模型至关重要，将在未来LHC和Belle II数据中发挥关键作用。