[论文解读] The Impact of Universal Extra Dimensions on FCNC Processes

Andrzej J. Buras, Anton Poschenrieder+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2003

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 3

一句话总结

本文研究了在单个额外维度的通用额外维度（UED）模型中，Kaluza-Klein（KK）激发态对味改变中性流（FCNC）过程的影响，特别是Appelquist-Cheng-Dobrescu（ACD）模型。研究表明，当紧化尺度低至250 GeV时，该模型仍与当前的FCNC实验数据一致，预测在$K^+\to\pi^+\nu\bar{\nu}$等稀有衰变中出现可观测的增强，同时在$B\to X_s\gamma$中出现抑制，同时通过保持GIM机制和KK宇称，有效抑制了危险的味破坏贡献。

ABSTRACT

We review the results of two papers on FCNC processes in the Appelquist, Cheng and Dobrescu (ACD) model with one universal extra dimension.

研究动机与目标

• 在当前对味改变中性流（FCNC）过程的实验约束下，评估具有一个通用额外维度的Appelquist-Cheng-Dobrescu（ACD）模型的可行性。
• 确定ACD模型中Kaluza-Klein（KK）模式的存在是否会在稀有衰变和混合过程中导致与标准模型（SM）预测的可观测偏离。
• 识别$\hat{s}_0$与$Br(B\to X_s\gamma)$等可观测量之间的独特、模型特异的相关性，这些相关性可在未来对撞机中检验ACD模型。
• 评估GIM机制和KK宇称在抑制KK激发态带来的危险味改变贡献中的作用。

提出的方法

• 分析基于ACD模型的四维有效理论，其中所有标准模型场在额外维度中传播，导致Kaluza-Klein（KK）伙伴的无限塔。
• 从体拉格朗日量和边界拉格朗日量推导出标准模型与KK粒子相互作用的费曼规则，假设味无关的边界项以最小化FCNC贡献。
• 使用紧化尺度$1/R$作为唯一的新参数，计算FCNC过程（如$B\to X_s\gamma$、$K^+\to\pi^+\nu\bar{\nu}$、$B_d\to\mu^+\mu^-$和$\varepsilon' / \varepsilon$）的单圈贡献。
• 将GIM机制应用于顶夸克的KK模式，显著改善收敛性，并抑制轻夸克和轻子的贡献。
• 通过归一化的不对称性$\hat{s}_0$研究$B\to X_s\ell^+\ell^-$中的前后不对称性$A_{\rm FB}$，该量对新物理敏感。
• 计算并比较不同$1/R$值下$\hat{s}_0$与$Br(B\to X_s\gamma)$之间的相关性，以识别模型特异的信号。

实验结果

研究问题

• RQ1 当紧化尺度低至250 GeV时，具有一个通用额外维度的ACD模型是否仍能与当前FCNC过程的实验数据保持一致？
• RQ2 Kaluza-Klein激发态如何改变稀有B和K衰变，如$B\to X_s\gamma$、$K^+\to\pi^+\nu\bar{\nu}$和$K_L\to\pi^0e^+e^-$？
• RQ3 在ACD模型中，GIM机制在多大程度上抑制了KK模式带来的味改变贡献？
• RQ4 ACD模型中$\hat{s}_0$与$Br(B\to X_s\gamma)$之间存在何种相关性？与标准模型相比有何不同？
• RQ5 ACD模型中$\varepsilon' / \varepsilon$的抑制是否能为$1/R$提供有用的约束？

主要发现

• 当紧化尺度低至250 GeV时，ACD模型与当前FCNC数据一致，由于GIM机制和KK宇称守恒，KK模式未产生显著的味改变贡献。
• ACD模型中$Br(K^+\to\pi^+\nu\bar{\nu})$显著增强，使其成为检验该模型的关键可观测量。
• ACD模型中$\hat{s}_0$（即$B\to X_s\ell^+\ell^-$中前后不对称性的零点）被抑制，并在$1/R = 300$ GeV时趋近于NLO SM预测值。
• ACD模型中$Br(B\to X_s\gamma)$被抑制，且随着$1/R$减小，抑制程度增强，这与该模型由精密电弱数据施加的约束一致。
• 由于增强的$Z^0$泡利图贡献，ACD模型中$\varepsilon' / \varepsilon$被抑制，但由于强子矩阵元的不确定性，无法从中导出对$1/R$的有用约束。
• 在ACD模型中发现$\hat{s}_0$与$\sqrt{Br(B\to X_s\gamma)}$之间存在强烈相关性，未来实验可利用该相关性检验该模型。