[論文レビュー] Flavour Physics and Grand Unification

A. Masiero, Sudhir K. Vempati+1 more|ArXiv.org|Nov 19, 2007

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ひとこと要約

この論文は、超対称性の大きな統一理論（SUSY-GUT）における味物理学と大統一の相互作用を検討し、電気双極モーメント、軽レプトンのフラバー違反、異常磁気モーメントなどの低エネルギーでのフラバーおよびCP対称性の破れの観測量が、GUTスケールの物理学を間接的に探る手がかりとなることを示している。SUSY-GUTでは、自然にフラバーを破るソフト項が生成され、高エネルギーでの統一が測定可能な低エネルギー効果と結びつくことが明らかになった。

ABSTRACT

In spite of the enormous success of the Standard Model (SM), we have strong reasons to expect the presence of new physics beyond the SM at higher energies. The idea of the Grand Unification of all the known interactions in nature is perhaps the main reason behind these expectations. Low-energy Supersymmetry is closely linked with grand unification as a solution of the hierarchy problem associated with the ratio M_GUT / M_Z. In these lectures we will provide a general overview of Grand Unification and Supersymmetry with special emphasis on their phenomenological consequences at low energies. We will analyse the flavour and CP problems of Supersymmetry and try to identify in these associated low-energy observables possible indications of the existence of a Grand Unified theory at high energies.

研究の動機と目的

• 標準模型を超える理論的および素粒子物理学的動機を検討すること、特に大統一理論と超対称性の観点から。
• 超対称性の大統一理論（SUSY-GUT）におけるフラバーおよびCP対称性の破れの問題を分析し、これらが新しい物理学の制約や信号をどのように示すかを検討すること。
• 電気双極モーメント、軽レプトンのフラバー違反、異常磁気モーメントといった低エネルギー観測量が、GUTスケールのダイナミクスを間接的に探査できるかを特定すること。
• 見せかけのニュートリノ質量生成メカニズム（セーブ・メカニズム）と右巻きニュートリノが、フラバー構造とGUTスケールの物理学をどのように結びつけるかを検討すること。
• LHC/ILCでの直接的な加速器探索、フラバー実験、およびダークマター検出の相補的役割が、SUSY-GUTモデルの探査にどのように寄与するかを評価すること。

提案手法

• 最小のSU(5)およびSO(10) GUTにおけるゲージ結合定数の統一を分析し、超対称性が階層問題を安定化させる役割を検討する。
• RGE（再正則化群の進化）技術を用いて、GUTスケールでの対称性の破れパターンから生じるフラバーを破るソフト項の生成を研究する。
• MSSMにおけるフラバーを破る電磁的中性流（FCNC）および電気双極モーメント（EDM）を、質量挿入近似およびRGEで改善された有効ラグランジュアンを用いて評価する。
• GUTにおける見せかけのニュートリノ質量生成メカニズムを検討し、小さなニュートリノ質量の説明と、レプトンフラバー違反およびCP対称性の破れに与える影響を分析する。
• SUSY-GUT、ダークマターの素粒子物理学的性質、およびレプトゲネシスの相互作用を検討し、特にSO(10)モデルにおける関係を明らかにする。
• 精密な電弱観測量（例：(g-2)μ、Z→bb̄非対称性）からの間接的制約を用いて、SUSY-GUTのシナリオの妥当性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SUSY-GUTではフラバーを破るソフト項はどのように生成され、低エネルギーでのフラバー観測量がGUTスケールにどのような制約を課すか。
• RQ2 SUSY-GUTにおける電気双極モーメント（EDM）および軽レプトンのフラバー違反（LFV）は、大統一の間接的信号としてどの程度有効か。
• RQ3 見せかけのニュートリノ質量生成メカニズムは、GUTモデルにおけるニュートリノ質量、フラバー構造、CP対称性の破れをどのように結びつけるか。
• RQ4 どのパラメータ空間の領域で、間接的フラバー探査（例：(g-2)μ、LFV）がLHCの直接的探索を上回る感度を持つのか。
• RQ5 SUSY-GUTにおけるCP対称性の破れは、レプトゲネシスのメカニズムとして実現可能であり、宇宙のバリオン非対称性を説明できるか。

主な発見

• SUSY-GUTでは、RGEの進化によって自然にフラバーを破るソフト項が生成され、低エネルギーでのフラバー観測量がGUTスケールの物理学を敏感に探査できる。
• MSSMにおける電気双極モーメント（EDM）は、ソフト対称性破れ領域のCP対称性破れ位相によって強く制約を受けており、現在の制限では、R対称性や他の保護機構がない限り、大きなCP位相は不適切である。
• 右巻きニュートリノを含むSUSY-GUTでは、特にSO(10)モデルにおいて、右巻きスlepton系における混合により、軽レプトンのフラバー違反過程（例：μ→eγ）が強化される。
• 多くのSUSY-GUTモデルにおいて(g-2)μの異常は持続しており、新物理学の寄与が特にパrameter空間のフォーカスポイント領域で重要である可能性を示唆している。
• 特定のSUSY-GUTシナリオ（特に見せかけのニュートリノ質量生成メカニズムを伴うSO(10)モデル）では、フラバー実験がLHCの直接的探索を上回る感度を持つことがあり、特にフォーカスポイント領域で顕著である。
• SUSY-GUTはダークマターのパラメータ空間を変更することができ、フラバーとダークマターの制約が、基礎的なGUT構造を補完的に探査する手がかりとなる。