[論文レビュー] Gamma(K -> e nu)/Gamma(K -> mu nu) in the Minimal Supersymmetric Standard Model

Jennifer Girrbach, Ulrich Nierste|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 28被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、CERNのNA62実験で探査されているパラメータ領域において、最小超対称標準模型（MSSM）内での中間子崩壊（K →eν 対 K →μν）におけるレプトン数フラバー不変異常（LFU）を調査する。特に、比率 RK = Γ(K→eν)/Γ(K→μν) に注目する。結果として、ビノ-停たい（stau）のループ図が支配的であり、特に大きな混合角 θτ を持つ場合、正確な停たい質量行列の対角化が不可欠であることが示され、大混合角では質量挿入近似が不適切であることが明らかになった。主な結果として、物理的パラメータ m~τl（最も軽い停たいの質量）と θτ（停たい混合角）を用いたLFV寄与の新しい解析的式が得られ、これにより将来のNA62実験データとの直接比較が可能となる。

ABSTRACT

The quantity R_K = Gamma(K -> e nu)/Gamma(K -> mu nu) studied by the experiment NA62 at CERN is known to probe lepton-flavour violating (LFV) parameters of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). A non-zero parameter delta_{RR}^{13} can open the decay channel K -> e nu_tau and enhance R_K over its Standard-Model value. In the region of the parameter space probed by NA62 the contribution from a bino-stau loop diagram is numerically dominant and the mixing between left-handed and right-handed staus is important. For large values of the stau mixing angle theta_tau the commonly adopted mass insertion approximation is not accurate. We therefore express the supersymmetric contribution to R_K in terms of the mass of the lightest stau eigenstate, the mixing angle theta_tau, and other relevant MSSM parameter such as tan(beta) and the charged-Higgs boson mass M_H and plot the parameter regions constrained by R_K. We further study to which extent R_K can be depleted through MSSM contributions interfering destructively with the SM amplitude for K -> e nu_e. This lepton-flavour conserving (LFC) mechanism involves the parameter combination |delta_{LL}^{13} delta_{RR}^{13}|, which can be constrained with a naturalness consideration for the electron mass or with the measurement of the anomalous magnetic moment of the electron. The LFC effect on R_K is marginal, an NA62 measurement of R_K significantly below the Standard Model expectation would indicate physics beyond the MSSM.

研究の動機と目的

• MSSM内でのK →eνおよびK →μν崩壊におけるレプトンフラバー不変異常（LFU）の違反を調査すること。
• CERNのNA62実験が探査するパラメータ領域におけるRKに寄与する主要な超対称的寄与を特定すること。
• 大きな停たい混合角（θτ）では質量挿入近似が不成立であることを示し、停たい質量行列の正確な対角化が必要であることを証明すること。
• RKに寄与する超対称的寄与を、物理的パラメータ（m~τl、θτ、tanβ、MH、M1）を用いて表現し、NA62実験データと直接比較可能にする。
• レプトンフラバー保存（LFC）およびレプトンフラバー不変（LFV）メカニズムが、標準模型（SM）の値未満にRKを抑制できる可能性を評価すること。

提案手法

• ビノ-停たいおよびチャージンォ-・停たいループを含む、MSSMによるK →eν崩壊振幅の完全な1ループ計算を実施。
• 近似された質量挿入法に代わる、停たい質量行列の正確な対角化を実行し、物理的停たい固有状態を導出。
• LFV寄与の ∆rμ−e を、m~τl（最も軽い停たいの質量）、θτ（停たい混合角）、tanβ、MH（電荷付きヒッグス粒子の質量）、M1（ビノ質量）、m~eR（右巻き選レプトン質量）の関数として表現。
• 電子質量の自然性および電子の異常磁気モーメントの制約を適用し、LFCパラメータの組合せ |δ13LLδ13RR| を制限。
• 得られたパラメータ空間を、B →τν崩壊からの既存の制約と比較し、NA62がMSSMを超える新しい物理をどれほど感度を持って探査できるかを議論。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NA62が探査するパラメータ領域において、RKに寄与する主要な超対称的寄与は何か？また、停たい混合はその寄与にどのように影響するか？
• RQ2 なぜ大きな停たい混合角（θτ）では質量挿入近似が不適切であり、正しい解析的取り扱いは何か？
• RQ3 LFV寄与のRKを、m~τl や θτ といった物理的MSSMパラメータでどのように表現できるか？これにより、NA62実験データと直接比較可能となるか？
• RQ4 レプトンフラバー保存（LFC）効果がRKを標準模型の値未満に抑える程度はどの程度か？また、自然性および電子g-2の制約と整合的か？
• RQ5 RKが標準模型の値から顕著にずれる場合、それはMSSMを超える新しい物理を示唆するのか？

主な発見

• NA62が探査する領域では、特にµやθτが大きい場合、ビノ-停たいループ図がLFV寄与の支配的寄与を占める。
• tanβ = 50、µ = 800 GeV、δ13RR = 0.5、MH = 500 GeV、m~τl = 120 GeV、M1 = 100 GeV、m~eR = 200 GeV の条件下で、最大のLFV寄与はθτ = 26°で ∆rμ−eLFV = 0.006 を与える。
• LFC寄与 |∆rμ−eLFC| は自然性および電子g-2の制約により ≲0.005 に制限され、以前の大きな抑制の仮定は挑戦されるべきである。
• |δ13LLδ13RR| を含むLFCメカニズムは、小さく制限され、RKの大きなずれを説明することはできない。
• m~τl と θτ を用いた ∆rμ−eLFV の導出式により、将来のNA62測定値と直接比較可能となる。
• RKが標準模型の値より顕著に小さい（例：∆rμ−e ≲ -0.005）と測定された場合、それはMSSMを超える新しい物理を示唆する。