[論文レビュー] FCNC Processes in the Littlest Higgs Model with T-Parity: an Update

Monika Blanke, Andrzej J. Buras+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 93被引用数 42

ひとこと要約

本稿は、$Z^0$-プティン図の新たな $\mathcal{O}(v^2/f^2)$ 捐献を組み込むことで、T対称性を有するミニマム・ヒッグス模型（LHT）を更新し、従来の結果に見られた対数的UVカットオフ依存性を解消する。レプトンフレーバー非保存崩壊のブランチング比がほぼ1桁小さくなったにもかかわらず、$K\to\pi\nu\bar{\nu}$、$K_L\to\pi^0\ell^+\ell^-$、および $S_{\psi\phi}$ において顕著な効果を予測し、他のモデル（特にカスティオナルRS）とは異なる相関関係を示す。

ABSTRACT

We update our 2006-2007 results for FCNC processes in the Littlest Higgs model with T-parity (LHT). The removal of the logarithmic UV cutoff dependence in our previous results through a new contribution to the Z^0-penguin diagrams identified by Goto et al. and del Aguila et al., while making the deviations from the SM expectations in the quark sector less spectacular, still allows for sizable new physics effects in K -> pi nu anti-nu and K_L -> pi^0 l^+ l^- decays and in the CP-asymmetry S_{psi phi} with the latter unaffected by the new contribution. We extend our analysis by a study of the fine-tuning required to fit the data on epsilon_K and by the inclusion of the decay K_L -> mu^+ mu^-. A number of correlations can distinguish this model from the custodially protected Randall-Sundrum model analysed recently. We also reconsider lepton flavour violating decays, including now a discussion of fine-tuning. While the l_i -> l_j gamma decays are unaffected by the removal of the logarithmic cutoff dependence, the branching ratios for decays with three leptons in the final state, like mu -> 3 e are lowered by almost an order of magnitude. In spite of this, the pattern of lepton flavour violation in the LHT model can still be distinguished from the one in supersymmetric models.

研究の動機と目的

• T対称性を有するミニマム・ヒッグス模型（LHT）におけるFCNCおよびLFV予測を、$Z^0$-プティン図への新たに同定された $\mathcal{O}(v^2/f^2)$ 捐献を組み込むことで是正・更新すること。
• 従来の結果に見られた対数的UVカットオフ依存性を解消し、モデルの予測力の向上を図ること。
• レプトンフレーバー非保存を再評価し、$\mu\to e\gamma$ および $\mu\to 3e$ の微調整見積もりを含め、$K_L\to\mu^+\mu^-$ の崩壊を新たに含めること。
• カスティオナル保護型ランダル＝サンズモデルとLHTモデルを比較し、フレーバー観測量における相違する相関関係を強調すること。
• 特にLHCおよびMEGからの最新および近い将来の実験的制約を踏まえて、LHTモデルの物性的妥当性を評価すること。

提案手法

• Gotoらおよびdel Aguilaらによって同定された、$Z^0$-プティン図への新たな $\mathcal{O}(v^2/f^2)$ 捐献を組み込み、従来のLHT計算における対数的UVカットオフ依存性をキャンセルする。
• $U(1)_i$ ゲージ荷の再定義に伴う符号変化を含め、フェルミオンへの $Z_L$、$W_L$、$Z_H$、$A_H$ の結合に関するファインマン則を修正し、$v^2/f^2$ 比例の補正を反映する。
• 崩壊振幅における発散する $z_i S_{\text{odd}}$ 項を、$ z_i \left( \frac{z_i^2 - 2z_i + 4}{(1 - z_i)^2} \log z_i + \frac{7 - z_i}{2(1 - z_i)} \right) $ という有限な表現に置き換える。ここで $ z_i = m_H^{i2}/M_{W_H}^2 $ である。
• $\varepsilon_K$、$B \to X_s\gamma$、$d_n$ からの制約を含む更新された入力パラメータを用いた数値解析により、$\mu\to e\gamma$ および $\mu\to 3e$ 崩壊における微調整の程度を評価する。
• 以前の研究では取り上げられていなかった $K_L \to \mu^+\mu^-$ 崩壊を含めた分析を拡張する。
• LHTモデルの予測をカスティオナルRSモデルのものと比較し、$K \to \pi\nu\bar{\nu}$、$S_{\psi\phi}$、およびLFVブランチング比における相関関係に焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $Z^0$-プティン図への $\mathcal{O}(v^2/f^2)$ 捐献の組み込みが、LHTモデルにおける珍しいカイオン崩壊のUVカットオフ依存性にどのように影響を与えるか？
• RQ2 対数的UVカットオフ依存性を除去した後、$K\to\pi\nu\bar{\nu}$、$K_L\to\pi^0\ell^+\ell^-$、および $K_L\to\mu^+\mu^-$ のブランチング比はどのように更新されるか？
• RQ3 新たな $\mathcal{O}(v^2/f^2)$ 捐献を含めた後、$\mu\to e\gamma$ および $\mu\to 3e$ のレプトンフレーバー非保存崩壊の予測はどのように変化するか？また、必要な微調整はどの程度か？
• RQ4 フレーバー観測量における相関関係に基づいて、LHTモデルはカスティオナル保護型ランダル＝サンズモデルと区別できるか？
• RQ5 新たな寄与が、三レプトンLFV崩壊における $Z^0$-プティン図およびボックス図が磁気双極子演算子を上回る相対的寄与に与える影響は何か？

主な発見

• $\mathcal{O}(v^2/f^2)$ 捐献の組み込みにより、$Z^0$-プティン振幅における対数的UVカットオフ依存性が完全に解消され、LHTモデルの予測が未知のUV物理学に依存しなくなり、より頑健かつ安定したものとなった。
• $\mu\to 3e$ のブランチング比は、従来の推定値と比較してほぼ1桁小さくなったが、$f < 1\,\text{TeV}$ の場合、SuperB施設で観測可能である可能性は依然として残っている。
• それでも、LHTモデルは $K\to\pi\nu\bar{\nu}$ および $K_L\to\pi^0\ell^+\ell^-$ において顕著な効果を予測しており、$\text{BR}(K_L\to\pi^0\ell^+\ell^-)$ は標準模型の予想を最大10倍まで上回る。
• CP非対称性 $S_{\psi\phi}$ は新たな寄与の影響を受けることがなく、LHTモデルにおけるニューサイエンスの感受性を保持したままである。
• 三レプトンLFV崩壊において、$Z^0$-プティン図およびボックス図が磁気双極子演算子を上回る支配的寄与を示すことは、MSSMとは対照的にLHTモデルの特徴的特徴のままである。
• 新たな寄与により、$\tau\to\mu(e)\pi$、$\eta$、および $\eta'$ 崩壊の予測は5分の1に減少したが、依然として標準模型を大幅に上回る増幅が予想され、SuperB施設で検出可能である可能性がある。