[論文レビュー] Lepton flavor violating Higgs Boson Decays in Supersymmetric High Scale Seesaw Models

M. E. Gómez, S. Heinemeyer+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 53被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、高スケールのシー・スミス機構を伴う超対称モデル、特にタイプ-Iシー・スミスにおいて、レプトンのフレーバー違反（LFV）ヒッグスボソン崩壊（h→ℓᵢℓⱼ）を検討する。モデルに依存しない枠組みと制限付きMSSM+シー・スミスの両方を用いて、電荷のLFV過程（例：μ→eγ）に対する厳密な実験的制約が、LFVヒッグス崩壊断面積を著しく抑制することを示し、これらのモデルだけではCMSが報告したh→τμの過剰を説明することは不可能である。

ABSTRACT

Within the MSSM, we have evaluated the decay rates for the lepton flavour violating Higgs boson decays (LFVHD) $h ightarrow l_i l_j$ where $l_{i,j}$ are charged leptons and $i eq j$. This has been done in a model independent (MI) way as well as in supersymmetric high scale seesaw models, in particular Type I see-saw model. Lepton flavour violation (LFV) is generated by non-diagonal entries in the mass matrix of the sleptons. In a first step we use the model independent approach where LFV (off-diagonal entries in the mass matrix) is introduced by hand while respecting the direct search constraints from the charged lepton flavor violating (cLFV) processes. In the second step we use high scale see-saw models where LFV is generated via renormalization group equations (RGE) from the grand unification scale (GUT) down to electroweak scale. cLFV decays are the most restrictive ones and exclude a large part of the parameter space for the MI as well as the high scale see-saw scenarios. Due to very strict constraints from cLFV, it is difficult to find large corrections to LFVHD. This applies in particular to $h ightarrow τμ$ where hints of an excess have been observed. If this signal is confirmed, it could not be explained with the models under investigation.

研究の動機と目的

• 超対称的高スケールのシー・スミスモデルが、CMSが報告したh→τμ崩壊の過剰を説明できるかどうかを評価すること。
• MSSMにシー・スミス機構を組み合わせた文脈において、レプトンのフレーバー違反ヒッグスボソン崩壊（LFVHD）を評価すること。
• 電荷のレプトンのフレーバー違反（cLFV）制約が、モデルに依存しないおよびシー・スミスに由来する状況におけるLFVHD率に与える影響を特定すること。
• ニュートリノ質量生成がシー・スミス機構を介して、実験的ヒントに一致する程度のLFVをヒッグス崩壊に生成できるかどうかを検討すること。
• 観測された過剰を説明するために、シー・スミスに起因する混合を超える、追加のLFV源が必須であるかどうかを同定すること。

提案手法

• cLFV制約と整合するように、手作業でスlepton質量行列に非対角項を導入するモデルに依存しない手法を用いる。
• GUTスケールから電弱スケールまで、レノルマライゼーション群方程式（RGEs）を用いて、タイプ-Iシー・スミスモデルにおけるLFVを生成する。
• MSSMにフェニックス・アーツモデルファイルの拡張を導入し、LFV効果を数値計算可能にする。
• ニュートリノデータと整合するベンチマーク点を用いて、制限付きMSSM（CMSSM）フレームワークにおけるシー・スミスタイプIの数値解析を実施する。
• μ→eγや他のcLFV過程からの実験的制約を用いて、許容可能なパラメータ空間を制限する。
• tanβとA₀を変化させながら、m₀–m₁/₂パラメータ平面におけるh→eμ、h→eτ、およびh→τμの分岐比（BR）を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MSSMに高スケールのシー・スミス機構を組み合わせたモデルが、CMSの過剰を説明できるほど十分に大きなh→τμの分岐比を生成できるか？
• RQ2 特にμ→eγに起因するcLFV過程からの実験的制約が、LFVヒッグス崩壊の大きさにどのように制限を加えるか？
• RQ3 シー・スミスモデルにおけるRGEに起因するスlepton混合が、LFVヒッグス崩壊にどの程度寄与するか？
• RQ4 CMSSM+シー・スミスIフレームワークにおいて、LFVヒッグス崩壊が観測可能なレベルに達するパラメータ領域は存在するか？
• RQ5 ニュートリノに由来するシー・スミスモデル（タイプ-IIおよびタイプ-IIIを含む）は、本研究で得られた限界を超えて、LFVヒッグス崩壊を強化できるか？

主な発見

• 予測されるh→τμの最大分岐比は10⁻⁹のオーダーであり、CMSの過剰を説明するのに必要なレベルとは著しく小さい。
• μ→eγからの制約により、h→eμの分岐比は許容可能なパラメータ空間で通常O(10⁻¹⁸)のオーダーとなる。
• m₀–m₁/₂平面の左下領域でさえ、BR(h→eτ)はO(10⁻¹⁶)にしか達しないが、依然として過剰を説明するには小さすぎる。
• cLFV制約を適用した後、CMSSM-seesaw IシナリオにおけるBR(h→τμ)の予測は、有効なパラメータ空間でO(10⁻¹⁶)未満に留まる。
• 高スケールのシー・スミスモデル（タイプ-I、II、III）は、楽観的なシナリオですら、CMS信号を説明できるほどLFVヒッグス崩壊率を生成しない。
• 本研究は、観測されたh→τμの過剰を説明するには、シー・スミスモデルに起因するLFVを超える追加のLFV源がおそらく必要であると結論づける。