[論文レビュー] Lepton Flavour Violation

Isabella Masina|ArXiv.org|Oct 8, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 11

ひとこと要約

本稿は、see-saw機構を組み込んだ標準模型の超対称的拡張の文脈において、軽レプトンのフレーバー違反（LFV）および電気双極子モーメント（EDM）を調査する。$\tau\rightarrow\mu\gamma$ や $\mu\rightarrow e\gamma$ などのLFV崩壊からの質量挿入パラメータの制約を分析し、将来の実験的感度向上によって、右隣のニュートリノ支配に基づくsee-sawモデルの異なるクラスを区別できる可能性があることを示している。特に $C_{32}$ および $C_{21}$ パラメータへの感受性が鍵となる。

ABSTRACT

After a summary of the motivations for searching flavour violating decays and electric dipole moments in the leptonic sector, I briefly sketch the present status of the limits on lepton-slepton misalignement and discuss the potentialities of the planned experimental improvements. Candidates for theories beyond the Standard Model have to satisfy all these experimental constraints; I will discuss in particular how the supersymmetric SM extended with the see-saw faces the flavour problem.

研究の動機と目的

• 低エネルギー超対称性の文脈において、現在および将来の実験的制限が軽レプトンのフレーバー違反過程およびEDMに与える影響を評価すること。
• 普遍的なソフト対称性破れ項を有するにもかかわらず、see-saw機構がLFVおよびEDMに寄与する方法を評価すること。
• 大気ニュートリノ混合においてどの右隣のニュートリノが支配的かに応じてsee-sawモデルを分類し、LFV崩壊がこれらのクラスをどのように区別できるかを特定すること。
• 将来の $\mu\rightarrow e\gamma$ および $d_\mu$ 感度向上が、$C_{32}$ や $C_{21}$ などのモデル構築パラメータを制約できるかを検討すること。
• 観測されたLFV信号の不在が、特定の階層的または $U(1)_F$ 対称性を持つモデルのクラスをすでに除外しているかどうかを検討すること。

提案手法

• 軟対称性破れ項の制約を記述するために、質量挿入パラメータ $\delta$ を用いる。
• see-saw機構を用いて、低エネルギーでのニュートリノ質量を高スケールの右隣のニュートリノ質量 $M$ とヤコビ行列 $y_\nu$ に関連づけ、有効質量行列 $m_\nu^{\text{eff}} = y_\nu^T M^{-1} y_\nu v_u^2$ を使用する。
• 大気ニュートリノ混合においてどの右隣のニュートリノが支配的かに応じて、see-sawモデルを3つのカテゴリに分類する：支配的でない、最も重い、または最も軽いものの1つ。
• 右隣のニュートリノを積分除去した後に失われる物理的情報をエンコードするため、$V_L$ および $V_R$ の再構成における曖昧性をパrameter化する行列 $R$ を導入する。
• フレーバー保存およびフレーバー違反寄与がEDMに与える役割を評価し、特にループ補正による $\delta^{(\text{rad})}$ によるEDMに注目する。
• 理論的予測値 $BR(\tau\rightarrow\mu\gamma)$ および $BR(\mu\rightarrow e\gamma)$ を、現在および将来の実験的限界と比較し、$C_{32}$ や $C_{21}$ などのモデルパラメータを制約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 将来の $\mu\rightarrow e\gamma$ および $\tau\rightarrow\mu\gamma$ 感度向上によって、右隣のニュートリノ支配に基づくsee-sawモデルの異なるクラスを区別できるか？
• RQ2 現在のLFV崩壊およびEDMの制限は、see-saw機構における $V_L$ および $V_R$ 行列の構造にどの程度制限を加えているか？
• RQ3 $U(1)_F$ フレーバー対称性およびその電荷割り当ては、LFV過程の予測可能性とニュートリノ質量モデルにおける調整の必要性にどのように影響するか？
• RQ4 観測されていない $\mu\rightarrow e\gamma$ 崩壊が、すべての電荷が正の $U(1)_F$ のモデルクラスを除外できるか？
• RQ5 フレーバー保存およびフレーバー違反寄与がEDM生成に果たす役割は何か？また、将来の $d_\mu$ 測定はモデル構築パラメータの制約をどのように改善できるか？

主な発見

• 現在の $BR(\tau\rightarrow\mu\gamma)$ の限界は、$C_{32}$ にかかる制約を、see-sawモデルクラスを区別するのに必要な値よりも30倍弱く、まだ明確な結論を下すことはできない。
• $\mu\rightarrow e\gamma$ については、すべての電荷が正の $U(1)_F$ のモデルでは $C_{21} \sim 7r$ が予想され、図1の緑色の曲線以下の超対称スケールにある場合、$r$ がLMA範囲にある限り、このようなモデルはすでに除外されている。
• 最も重い右隣のニュートリノが支配的であるモデルは、調整を必要とせず、自然に大きな大気ニュートリノ混合と質量差を達成できる。このようなモデルには、混合電荷を有する $U(1)_F$ などのより洗練されたフレーバー対称性が必要となる。
• 最も軽い右隣のニュートリノの1つが支配的である第3のクラスのモデルでは、$C_{32}$ が小さくなり、将来の $\tau\rightarrow\mu\gamma$ 探査においてよりアクセスしやすい。
• 普遍的かつ実数のソフト項でさえも、see-saw機構により放射修正を通じて非ゼロのEDMを生成できるが、$d_\mu^{FV}$ は $\tau\rightarrow\mu\gamma$ の非観測によって許容される最大値よりも常に小さいため、$d_\mu$ 測定は $FV$ 位相の制約を改善しないと予想される。
• すべての超対称パラメータ空間で危機に陥っているのは、$C_{21} \sim 7y^2$ の階層的モデルであり、実験的に観測されないはずの $\mu\rightarrow e\gamma$ 確率を予測しているためである。