[論文レビュー] Lepton Flavor Violation in Little Higgs Model with T-Parity

Ashok Goyal|ArXiv.org|Sep 11, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、T対称性を有するリトル・ヒッグス模型におけるレプトンflavor違反（LFV）を調査し、T反対性を示す重いフェルミオンおよびゲージボソンの寄与により、放射性および半レプトン的LFV崩壊（例：μ→eγおよびτ→μπ）が、現在の実験で観測可能である可能性を示している。重レプトン系における1次オーダーの混合角と数パーセント程度の質量差があれば、分岐比はBelleのような現在の実験で検出可能なレベルに達する。

ABSTRACT

If neutrino mass and mixing consistent with the neutrino oscillation data are the only source of lepton flavor violation (LFV)in nature, the other LFV decays like the radiative and semileptonic decays would be too small to be observed experimentally in the foreseeable future. These decays have been the objects of recent Belle measurments. We analyze LFV in Little Higgs Model with T-parity and find that with reasonable values of the model parameters, these decays can very well be experimentally observable.

研究の動機と目的

• T対称性を有するリトル・ヒッグス模型におけるレプトンflavor違反（LFV）の妥当性を、特に放射性および半レプトン的崩壊において評価すること。
• 電弱精度観測量への木レベルの寄与を抑制するT対称性を用いて、標準模型における階層問題を解決すること。
• 通常、ニュートリノ質量を伴う標準模型ではあまりに抑制されすぎているLFV過程が、この模型では観測可能なレベルに強化されるかどうかを検討すること。
• 特に重フェルミオンの混合および質量デゲネラシーのパrameter空間を特定し、LFV分岐比が現在の実験感度と一致する領域を同定すること。
• 軽いT反対性粒子（AH）がダークマター候補となり得るかを評価するとともに、LFVの理論的整合性を保つこと。

提案手法

• T反対性を示す重いゲージボソン（WH, ZH, AH）およびT反対性を示すヒッグストリプレット（Φ）を含む1ループ箱図を用いて、放射性LFV崩壊（μ→eγ、τ→μγ、τ→eγ）の分岐比を計算する。
• T反対性を示す重いフェルミオンおよびゲージボソンを含む箱図を用いて、半レプトン的LFV崩壊（τ→μπ）の有効ハミルトニアンを導出する。これはΔS=2 K⁰–K̄⁰混合と類似したV-A構造をとる。
• 重フェルミオン系においてGIM機構を適用し、質量差および混合角に依存する抑制因子を導入する。
• 放射性崩壊に対しては、BR = (3α/π) × (M_WL/M_V)^4 × δ² の式を用いる。ここでδは混合に起因する結合定数を表す。
• LFV相互作用の強さを推定するため、効果的スケール Λ⁻² ≈ 0.8×10⁻¹⁰ × ΣλᵢλⱼAᵢⱼ(Zᵢ,Zⱼ) GeV⁻² を用いる。
• 理論的予測をBelle実験の限界と比較する：BR(μ→eγ) < 1.2×10⁻¹¹、BR(τ→μπ) < 4.1×10⁻⁷。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 T対称性を有するリトル・ヒッグス模型におけるレプトンflavor違反は、μ→eγおよびτ→μπの分岐比を、現在の実験で検出可能な水準にまで引き上げられるか？
• RQ2 この模型において、観測可能なLFV率を生成するために、重フェルミオン系でどの程度の混合および質量差が要求されるか？
• RQ3 T対称性は、電弱精度観測量への木レベルの寄与をどのように抑制するか。一方で、1ループレベルでの測定可能なLFVを許容するメカニズムは？
• RQ4 T反対性を示す重いゲージボソン（WH, ZH, AH）およびヒッグストリプレット（Φ）は、放射性LFV崩壊にどの程度寄与するか？
• RQ5 この模型は、階層問題の解決、ダークマター候補（AH）の提供、観測可能なLFV過程の発生を同時に満たすことができるか？

主な発見

• T反対性フェルミオンの混合角および質量差が適切な値をとる場合、μ→eγやτ→μγなどの放射性LFV崩壊の分岐比は約10⁻⁷〜10⁻⁶にまで増幅される。
• μ→eγの分岐比はBR(WH) = 8.15×10⁻⁷ × δ²_WHと推定され、δ²_WH ≈ 1（1次オーダーの混合）のとき、Belleの感度限界に近い値に達する。
• 半レプトン的崩壊に関しては、BR(τ→μπ) ≈ 0.25×10⁻⁷ × |ΣλᵢλⱼAᵢⱼ|²であり、現実的な混合を仮定すると約10⁻⁷に達する。これはBelleの実験的限界4.1×10⁻⁷以内に収まる。
• 重レプトン系における数パーセント程度の質量差があれば、GIM抑制が解かれ、LFV崩壊が観測可能になる。
• T対称性が木レベルの寄与を抑制し、ヒッグス質量を保護するため、微調整を必要とせず、観測可能なLFV率を予測できる。
• 軽いT反対性粒子（AH）は、モデル全体の物性と整合的であり、妥当なダークマター候補のままである。