[論文レビュー] Lepton Flavor Violation in the LHT - A Clear Distinction from Supersymmetry

Bjoern Duling|ArXiv.org|Sep 27, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、T-パリティを備えたルittelステイツ・ハグス・モデル（LHT）におけるレプトンflavor違反（LFV）を調査し、特に $ R = \frac{Br(\tau \to eee)}{Br(\tau \to \mu\mu\mu)} \frac{Br(\tau \to \mu e e)}{Br(\tau \to e\mu\mu)} $ のようなLFV decay branching ratioの相関が、Z-ペンギン図とボックス図が支配的であるためLHTではほぼ1に近い値をとることを示している。これは、MSSMでは磁気双極子型演算子が支配的であり、比が1から著しく逸脱するのと対照的である。これにより、明確なモデル区別が可能となる。

ABSTRACT

The Littlest Higgs Model with T-Parity (LHT) contains new sources of flavor and CP violation both in the quark and lepton sector. These have their origin in interactions of ordinary fermions with mirror fermions mediated by new heavy gauge bosons. Large deviations from the Standard Model (SM) are to be expected in the lepton sector where tiny neutrino masses suppress the SM predictions by many orders of magnitude below the experimentally accessible level. Here we give a brief summary of LFV processes relevant for the foreseeable future and point out that correlations between branching ratios of LFV decays in the LHT exhibit a structure vastly different from their analogues in the MSSM, thus allowing for a transparent distinction between these two models.

研究の動機と目的

• T-パリティを有するルittelステイツ・ハグス・モデル（LHT）におけるレプトンflavor違反（LFV）過程を特定・分析し、新しいflavor違反相互作用に敏感であることを明らかにすること。
• LHTにおけるLFV branching ratio相関の構造をMSSMと比較し、特に磁気双極子型とペンギン／ボックス型貢献の役割に注目すること。
• LHTがMSSMとは根本的に異なる測定可能なLFV decay率比を予測することを確立し、明確なモデル区別を可能にすること。
• LHTにおいて右巻きカレントが顕著に存在せず、Z-ペンギン図が支配的であることが、LFV decay率の特徴的なパターンを生み出すことの証明。
• 低エネルギーLFV実験（例：$\mu \to e\gamma$、$\mu \to eee$、および原子核内$\mu$-e変換）を用いてLHTとMSSMを区別するフレームワークを提供すること。

提案手法

• T-奇性ゲージボソン（$W_H^\pm, Z_H, A_H$）およびミラーフェルミオン（ミラーレプトン）が標準模型フェルミオン間のflavor違反相互作用を媒介することを分析。
• ミラーレプトン混合行列 $V_{H\ell}$ を用い、3つの混合角 $\theta_{ij}^\ell$ と3つの複素位相 $\delta_{ij}^\ell$ でパrameter化し、LFV振幅を計算。
• Z_H、W_H^\pm、A_Hゲージボソンを含む1ループ図を用いてLFV衰えの振幅を評価し、Z-ペンギン図とボックス図が支配的であることを確認。
• Z_H、W_H^\pm、A_Hゲージボソンを含む1ループ図を用いてLFV衰えの振幅を評価し、Z-ペンギン図とボックス図が支配的であることを確認。
• Z_H、W_H^\pm、A_Hゲージボソンを含む1ループ図を用いてLFV衰えの振幅を評価し、Z-ペンギン図とボックス図が支配的であることを確認。
• MSSMの予測と比較し、特にヒッグス貢献が顕著でない場合とある場合を想定して、演算子支配の違いを強調。
• 角分布の分析（$\mu \to e\gamma$ において）およびダリーツプロット解析（$\tau$ 衰えにおいて）を用いて、チャイRAL構造と相対位相に関する情報を抽出。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LFV衰え、例として $\mu \to e\gamma$、$\mu \to eee$、$\tau \to \ell\ell\ell$ における、LHTとMSSMの間でbranching ratio相関はどのように異なるか？
• RQ2 LHTにおけるLFV過程の支配的貢献は、磁気双極子型、Z-ペンギン型、それともボックス図か？そしてこれは予測されたbranching ratioパターンにどのように影響を与えるか？
• RQ3 比 $ R = \frac{Br(\tau \to eee)}{Br(\tau \to \mu\mu\mu)} \frac{Br(\tau \to \mu e e)}{Br(\tau \to e\mu\mu)} $ は、LHTとMSSMを明確に区別するための有効な指標となるか？
• RQ4 LHTにおいて右巻きカレントが顕著に存在せず、T-奇性ゲージボソンが支配的であることは、超対称性と比較して予想されるLFVの実験的性質にどの程度影響を与えるか？
• RQ5 将来の低エネルギーLFV実験（例：原子核内$\mu$-e変換、偏光$\mu \to e\gamma$）は、異なる衰えモードの相対的大きさに基づいて、LHTとMSSMを区別できるか？

主な発見

• LHTモデルでは、比 $ R = \frac{Br(\tau \to eee)}{Br(\tau \to \mu\mu\mu)} \frac{Br(\tau \to \mu e e)}{Br(\tau \to e\mu\mu)} $ が $ 0.8 \lesssim R_{\text{LHT}} \lesssim 1.2 $ と予測され、$\mu$ と $e$ の最終状態の間でほぼ対称であることが示唆される。
• これに対して、磁気双極子型演算子が支配的であるMSSMでは、$ R_{\text{MSSM}} \simeq 20 $ となり、対数増幅された磁気双極子型貢献により $\mu$-$e$ 非対称性が顕著に現れる。
• LHTでは磁気双極子型演算子が無視できるほど小さく、Z-ペンギン図とボックス図がLFV振幅を支配しており、MSSMとは顕著に異なる演算子構造を示す。
• 比 $ \frac{Br(\mu \to eee)}{Br(\mu \to e\gamma)} $ はLHTでは $ \mathcal{O}(1) $（0.4–2.5）であるが、MSSMでは、ヒッグス貢献が顕著であっても $ \sim 10^{-3} $ に抑制される。
• 比 $ \frac{Br(\tau \to \mu\mu\mu)}{Br(\tau \to \mu e e)} $ はLHTでは $ \sim 1.2 \text{ から } 1.6 $ であるが、MSSMでは $ \sim 0.2 $ であり、演算子支配の違いをさらに強調している。
• 原子核内$\mu$-e変換のBrが $Br(\mu \to e\gamma)$ と同程度に測定された場合、右巻きカレントが存在せず、特徴的なflavor構造を持つLHT物理学である可能性が強く示唆される。