[論文レビュー] Charged Lepton Flavour Violation: An Experimental and Theoretical Introduction

Lorenzo Calibbi, G. Signorelli|arXiv (Cornell University)|Aug 31, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 360被引用数 83

ひとこと要約

このレビューは、荷電レプトンのフレーバー違反（CLFV）の理論的動機と実験的探索を概説し、SM拡張、EFTアプローチ、SUSY、およびμon/τ実験を詳述する。MEGの制限および将来展望を含む。

ABSTRACT

Charged lepton flavour violating transitions would be a clear signal of new physics beyond the Standard Model. Their search has been carried out in a variety of channels, the most sensitive being those involving a muon: however no positive evidence has been found so far. The MEG experiment has recently set the best limit on such processes by investigating the existence of the $μ o eγ$ decay. In the next decade several experiments are planned to pursue the search for $μ o eγ$, $μ o eee$, $μ o e$ conversion in nuclei, as well as on processes involving the $τ$, to an unprecedented level of precision. In this review we want to give a pedagogical introduction on the theoretical motivations for such searches as well as on the experimental aspects upon which they are based.

研究の動機と目的

• 標準模型を超える新しい物理の探求としてCLFV探索を促す。
• SMにおけるレプトンフレーバー保存が偶然的であることと、拡張でどのように破れるかを説明。
• CLFVへのモデル非依存のEFTアプローチを提示し、特にSUSYなどの具体的モデルを議論。
• ミューオンおよびτのCLFVチャネルに関する実験戦略と現在の主要な限界を概説。

提案手法

• 標準模型のレプトンセクターとその拡張をレビューしてCLFVの源を特定。
• 質量をもつニュートリノを含むSMにおけるループ誘起CLFVの源として、ニュートリノ質量とPMNS混合を論じる。
• モデル非依存のCLFVフレームワークとして非再正規化的有効作用素を導入。
• CLFVのSUSYベースの実現を、簡素化モデルおよびシーソー（seesaw）シナリオを含めて議論。
• Higgs介在CLFVを検討し、実験からの非対角Higgs結合の制約を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型を超える観測可能な荷電レプトンのフレーバー違反を生み出す理論的機序は何か。
• RQ2 現在および計画中の実験は、μon、τ、および重いボソンのチャネルにわたるCLFVをどのように制約しているか。
• RQ3 ニュートリノ質量と混合が、さまざまなモデルでCLFV信号を促進（抑制）する役割は何か。
• RQ4 Higgs領域とSUSY領域の寄与は、CLFVの限界設定においてどのように比較されるのか。

主な発見

• MEG実験は mu+ -> e+ gamma に対する現在の最高限界を設定しており BR < 4.2 x 10^-13 (90%信頼水準，2016)。
• 既存の限界は mu+ -> e+ e- e+ (BR < 1.0 x 10^-12, 90% CL, SINDRUM, 1988) および mu- Ti -> e- Ti (BR < 6.1 x 10^-13, 90% CL, SINDRUM II, 1998) も制約している。
• 質量をもつニュートリノを伴うSMでは、荷電流におけるCLFVはループレベルでのみ存在し非常に抑制される；観測可能なCLFVは新しい物理（例：SUSYや拡張Higgsセクター）を指す。
• 2重のヒッグスモデルやSMを超えるHiggsセクターは、木のように木レベルまたはループでCLFVを媒介し、μon過程およびLHCのヒッグス崩壊から非対角Higgs結合（|Y^h_{mu e}|, |Y^h_{e mu}|）に対する厳しい限界をもたらす。
• 本レビューはCLFVをレプトンフレーバー普遍性の研究と結びつけ、μonチャネル（mu -> e gamma、mu -> e e e、mu -> e変換）およびτチャネルを対象とする現在および将来の実験を概説する。