[論文レビュー] Lepton flavor violation beyond the MSSM

Avelino Vicente|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 201被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、最小超対称標準模型（MSSM）を超えた超対称モデルにおけるレプトンフラバー違反（LFV）をレビューし、高スケールおよび低スケールのセーワー機構とR-パリティ破れのシナリオに焦点を当てる。これらの拡張モデルにおけるLFVの素性は、$μ\to e\gamma$ や $μ\to eJ$ の大きな分岐比といった特徴的なシグネチャを示しており、MSSMの予測とは顕著に異なる。これにより、新しい物理を同定するためには、標準的なチャネルを超えた専用の実験的探索が不可欠である。

ABSTRACT

Most extensions of the Standard Model lepton sector predict large lepton flavor violating rates. Given the promising experimental perspectives for lepton flavor violation in the next few years, this generic expectation might offer a powerful indirect probe to look for new physics. In this review we will cover several aspects of lepton flavor violation in supersymmetric models beyond the Minimal Supersymmetric Standard Model. In particular, we will concentrate on three different scenarios: high-scale and low-scale seesaw models as well as models with R-parity violation. We will see that in some cases the LFV phenomenology can have characteristic features for specific scenarios, implying that dedicated studies must be performed in order to correctly understand the phenomenology in non-minimal supersymmetric models.

研究の動機と目的

• MSSMを超える拡張超対称モデルにおけるLFVの素性を分析すること。
• 高スケールおよび低スケールのセーワー・モデルにおける特徴的なLFVシグネチャを同定すること。
• R-パリティ破れがLFV過程に与える影響を検討すること。
• 現在および将来の実験で $\mu\to eJ$ や $\mu\to eJ\gamma$ のような異常なLFV崩壊を検出可能なかを評価すること。

提案手法

• 拡張されたニュートリノ質量生成メカニズムを用いて高スケールのセーワー・モデルを分析する。
• TeVスケール未満のセーワー・スケールを持つスティル・ニュートリノを伴う超対称逆セーワーを調査する。
• 超ポテンシャルにおけるR-パリティの明示的および自発的破れを通じてR-パリティ破れモデルを評価する。
• 有効場理論および2ヒッグスダブルレット拡張を用いてLFVカップリングをモデル化する。
• $\mu\to eJ$ および $\mu\to eJ\gamma$ の分岐比を推定するために、位相空間積分と崩壊幅の計算を適用する。
• 運動量カットとバックグラウンドモデリングを用いて、MEGの実験的感度を異常なLFVチャネルと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高スケールのセーワー・モデルにおけるLFV率はMSSMとどのように異なるか？
• RQ2 低スケールのセーワー・シナリオにおけるLFVの特徴的な素性的特徴は何か？
• RQ3 LHCの制約があるにもかかわらず、R-パリティ破れモデルは観測可能なLFVシグナルを生成できるか？
• RQ4 MEGのような現在の実験は、$\mu\to eJ\gamma$ のような異常なLFV崩壊に対してどの程度感度を有するか？
• RQ5 $v_R$ がTeVスケール未満の場合に $\mu\to eJ$ 崩壊を検出するためにはどのような実験的改善が必要か？

主な発見

• 高スケールのセーワー・モデルは、重い右巻きニュートリノの交換により大きなLFV率を予測し、$v_R\sim 10^9$ GeV の場合に $\text{BR}(\mu\to e\gamma)\sim 10^{-11}$ となる。
• 低スケールのセーワー・モデル、特に超対称逆セーワーは、軽いステル・ニュートリノのおかげで $\text{BR}(\mu\to e\gamma)$ が $10^{-12}$ まで観測可能となる可能性を示す。
• R-パリティ破れモデルで $v_R\sim 1$ TeV の場合、$\text{BR}(\mu\to eJ)\sim 10^{-5}$ を予測するが、現在の制限は弱い（$\lesssim 10^{-5}$）。
• MEGの厳密なカット下で $\mu\to eJ\gamma$ の位相空間積分は極めて小さく（$\sim 6\times10^{-10}$）なるため、緩い運動量閾値がなければ検出はほぼ不可能である。
• ミューオンの飛行中消失によるバックグラウンドが $\mu\to eJ\gamma$ の感度を著しく制限しており、実現可能な検出には、時間分解能の向上が不可欠であると示唆している。