[論文レビュー] Lepton flavor violating Higgs boson decays in the MSSM-seesaw

E. Arganda, Ana M. Curiel+2 more|ArXiv.org|Nov 3, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、ニュートリノ質量が3つの右手型ニュートリノおよびその超対称的パートナを伴うシーイングメカニズムによって生じるMSSM-シーイングモデルにおけるレプトン数不変Higgsボソン崩壊（LFVHD）を調査する。1ループ計算を用いて、$ H^0, A^0 \to \tau\bar{\mu} $ の分岐比が、$ \mu \to e\gamma $、$ \tau \to \mu\gamma $、$ \tau \to e\gamma $ 崩壊に関する現在の制約と整合するパラメータ領域において最大で $ 10^{-5} $ に達することを示しており、今後のコライダーで検出可能な信号であることを示している。

ABSTRACT

Lepton flavor violating Higgs boson decays (LFVHD) are studied in the context of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) enlarged with three right handed neutrinos and their supersymmetric partners, and with the neutrino masses being generated by the seesaw mechanism. We compute the partial widths for these decays to one-loop order and analyze numerically the corresponding branching ratios in terms of the MSSM and seesaw parameters. We analyze in parallel the lepton flavor changing $ł_j o l_i γ$ decays and explore the maximum predicted rates for LFVHD, mainly for $H^0,A^0 o τ{\bar μ}$ decays, by requiring compatibility with neutrino and $BR(ł_j o l_i γ)$ data. We find LFVHD ratios of up to $10^{-5}$ in some regions of the MSSM-seesaw parameter space.

研究の動機と目的

• ニュートリノ質量が3つの右手型ニュートリノおよびその超対称的パートナを伴うシーイングメカニズムによって生成されるMSSM-シーイングモデルにおけるレプトン数不変Higgsボソン崩壊（LFVHD）を研究すること。
• MSSM-シーイングフレームワーク内での $ H^0, A^0 \to \tau\bar{\mu} $、$ \tau\bar{e} $、$ \mu\bar{e} $ 崩壊の1ループ部分幅を計算すること。
• MSSMおよびシーイングパラメータ、特に $ M_0 $、$ M_{1/2} $、$ \tan\beta $、$ m_{N_i} $、およびニュートリノ混合を記述する複素正規直交行列 $ R $ を用いた分岐比の数値的分析を行うこと。
• $ \mu \to e\gamma $、$ \tau \to \mu\gamma $、$ \tau \to e\gamma $ 崩壊に関する実験的制約と整合性を保つこと、特に最も制約が厳しい $ \tau \to \mu\gamma $ チャネルに注目すること。

提案手法

• チャージノ、ニュートラリノ、スフェルミオンループの寄与を含むMSSM-シーイングラグランジアンを用いた、LFVHDの1ループ計算による部分幅の算出。
• シーイングメカニズムを用いて、軽いニュートリノ質量 $ m_{\nu_i} $ をディラック質量行列 $ m_D $、右手型ニュートリノ質量行列 $ m_M $、およびユニタリ混合行列 $ U_{MNS} $ と関連付けること。
• 3つの複素角 $ \theta_i $ を用いた混合行列 $ R $ のパラメータ化を行い、$ M_X \sim 2 \times 10^{16} $ GeV から $ m_M $ までのRGEによるランギングに起因するスフェルミオン-レプトンの混合ずれを記述すること。
• グローバルフィットから得られる固定されたニュートリノパラメータを用いて、$ \tan\beta $、$ m_N $、$ M_0 $、$ M_{1/2} $、$ R $ を変数とする分岐比の数値的分析。
• 実験的上限を同時に適用：$ BR(\mu \to e\gamma) < 1.2 \times 10^{-11} $、$ BR(\tau \to \mu\gamma) < 3.1 \times 10^{-7} $、$ BR(\tau \to e\gamma) < 2.7 \times 10^{-6} $。
• LFVHD率と $ \tau \to \mu\gamma $ 崩壊率を比較し、両者がデータと整合するパラメータ領域を特定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在のLFVレプトン崩壊データと整合するMSSM-シーイングモデルにおける $ H^0, A^0 \to \tau\bar{\mu} $ 崩壊の最大分岐比は何か？
• RQ2 LFVHD率の $ \tan\beta $ 依存性は $ \tau \to \mu\gamma $ 崩壊と比べてどう異なるか？また、$ \tan\beta $ はLFVHDの増幅にどのような役割を果たすか？
• RQ3 MSSM-シーイングパラメータ空間のどの領域でLFVHD率が $ \sim 10^{-5} $ に達するか？また、$ M_0 $、$ M_{1/2} $、$ m_N $ にどのように依存するか？
• RQ4 混合行列 $ R $ の複素位相（$ \theta_2 $ を通じて）はLFVHDおよび $ \tau \to \mu\gamma $ 崩壊率にどのように影響し、どのような制約を課えるか？
• RQ5 $ \tau \to \mu\gamma $ が重いSUSY粒子のデカップリングによって抑制されても、LFVHD率が依然として大きく保たれるか？これはHiggs結合の非デカップリングを示唆するか？

主な発見

• 複素 $ R $ および $ \theta_2 \neq 0 $ を持つ階層的ニュートリノ系において、特定のパラメータ選択下で $ H^0, A^0 \to \tau\bar{\mu} $ 崩壊の分岐比は最大で $ 5 \times 10^{-5} $ に達する。
• 階層的ニュートリノおよび $ \tan\beta = 50 $ の場合、$ \tau \to \mu\gamma $ のデータが適用されると、$ \theta_2 $ のパラメータ空間が抑制されるため、$ H^0 \to \tau\bar{\mu} $ の最大許容分岐比は $ 5 \times 10^{-8} $ にまで低下する。
• $ BR(H^0 \to \tau\bar{\mu}) $ の率は $ (\tan\beta)^4 $ にほぼ比例し、特に大きな $ \tan\beta $ 値において強い感度を示す。
• $ M_0 \simeq 2000 $ GeV および $ M_{1/2} \simeq 2000 $ GeV に対しても、$ BR(H^0 \to \tau\bar{\mu}) \sim 4 \times 10^{-6} $ が依然として有意であるため、重いSUSY粒子がLFVHDにおいてデカップリングしないことが示唆される。
• $ M_0 $ および $ M_{1/2} $ の増加に伴い、$ BR(\tau \to \mu\gamma) $ の率は急激に低下し、$ M_0 \simeq 1100 $ GeV でデカップリングするが、$ BR(H^0 \to \tau\bar{\mu}) $ は比較的安定である。
• $ \theta_{13} = 5^\circ $ の場合、$ BR(\mu \to e\gamma) \sim 1.8 \times 10^{-8} $ となり、実験的上限を超過する。これは $ \theta_{13} \neq 0 $ が、他のパラメータを調整しない限りモデルを強く制約することを示している。