[論文レビュー] Lepton-flavour violation in the light of leptogenesis and muon g-2

Motoi Endo, Tetsuo Shindou|ArXiv.org|May 7, 2008

Computational Physics and Python Applications参考文献 1被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、階層的な右手ネウトニノを伴う超対称性の見せかけのモデルにおいて、ミューオンの異常磁気モーメント（$g-2$）の観測された乖離が、重要なレプトン数の保存が破れる現象を示していることを示している。また、$\mathrm{Br}(\mu \to e\gamma)$ が、将来の実験で検出可能になるほど一般的に大きく予測され、重力統一スケールにおける反相関の進化と、レプトゲネシスの制約を通じて、$g$-2の異常と観測可能なレプトン数の保存が破れる過程を結びつける。

ABSTRACT

A discrepancy between the experimental and theoretical results was reported for the anomalous magnetic moment of the muon. In leptogenesis scenarios which are due to a decay of right-handed neutrinos, this anomaly leads to large violations of lepton flavour within the framework of supersymmetric see-saw models. It is shown that for a hierarchical right-handed neutrino mass spectrum, we generically expect to observe μ o e γin the near future experiment.

研究の動機と目的

• ミューオンの $g-2$ 異常と超対称性の見せかけのモデルにおけるレプトン数の保存が破れる過程との相関を調査すること。
• 観測された $g-2$ の乖離が、レプトゲネシスの文脈において検出可能な $\bm{\mu\to e\gamma}$ 分岐比を示唆するかどうかを評価すること。
• 階層的な右手ネウトニノ質量の仮定の下で、$\bm{\text{Br}}(\bm{\mu\to e\gamma})$ のモデルに依存しない下限を導出すること。
• フラバー保存が破れる寄与のキャンセレーションの可能性が存在する場合でも、これらの予測の頑健性を評価すること。
• ビッグバンにおけるレプトゲネシスによるバリオン非対称性生成の制約が、観測可能なレプトン数の保存が破れる現象の妥当性に与える影響を検討すること。

提案手法

• GUTスケールから右手ネウトニノスケールまで、ソフトなSUSY破れパラメータを1ループの反相関の進化方程式を用いて進化させる。
• 階層的な右手ネウトニノ質量を用いた見せかけのメカニズムを適用し、ニュートリノヤコビ係数を通じてレプトン数の保存が破れる寄与を計算する。
• RGEによって誘導される軽レプトンの混合を組み込んだ式 $\bm{\left|(Y_N^\dagger Y_N)_{12}\right|^2 \tan^2\beta / m_{\text{SUSY}}^4}$ に比例する式を用いて、分岐比 $\bm{\text{Br}}(\bm{\mu\to e\gamma})$ を評価する。
• チャリノ/ニュートラリノのループを介した $g$-2 異常寄与を計算し、$\bm{\delta a_\mu \propto m_\mu^2 \tan\beta / m_{\text{SUSY}}^2}$ に依存する。
• 成功したレプトゲネシスを満たすために、CP非対称性 $\bm{\epsilon_1 \gtrsim 2\times10^{-6}}$ が必要であるという制約を課す。
• $g$-2とレプトゲネシスの両方に整合するように、誤ったキャンセレーションがないと仮定して、$\bm{\text{Br}}(\bm{\mu\to e\gamma})$ の下限を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測されたミューオンの $g-2$ 異常が、超対称性の見せかけのモデルにおいて、$\bm{\mu\to e\gamma}$ で検出可能な信号を引き起こす可能性はあるか？
• RQ2 成功したレプトゲネシスからの制約が、$\bm{\text{Br}}(\bm{\mu\to e\gamma})$ の下限にどのように影響を与えるか？
• RQ3 大きな $g$-2 異常があるにもかかわらず、フラバー保存が破れる振幅におけるキャンセレーションが、$\bm{\text{Br}}(\bm{\mu\to e\gamma})$ をどれほど抑制できるか？
• RQ4 ミューサー・スケールが右手ネウトニノスケールに近いかどうかが、レプトン数の保存が破れる現象の抑制または増幅に与える影響は？
• RQ5 $\bm{\mu\to e\gamma}$ が近い将来に観測された場合、$\bm{\tau\to\mu\gamma}$ および $\bm{\tau\to e\gamma}$ にどのような意味があるか？

主な発見

• 階層的な右手ネウトニノ質量の下では、$\bm{\text{Br}}(\bm{\mu\to e\gamma})$ は、$\bm{\tan\beta > 10}$ の場合、SUSYによる $g$-2 異常の説明がなされた時点で一般的に $\bm{10^{-13}}$ を超えると予測される。
• $\bm{M_2/M_1 > 30}$ および $\bm{\delta a_\mu > 2.1\times10^{-9}}$ の下で、$\bm{\text{Br}}(\bm{\mu\to e\gamma})$ の下限は $\bm{> 10^{-13}}$ であると判明し、これはレプトゲネシスが要求する $\bm{\epsilon_1 \gtrsim 2\times10^{-6}}$ と整合する。
• 右手ネウトニノのフラバー構造が $\bm{|(Y_N^\dagger Y_N)_{12}|}$ を抑制しない限り、キャンセレーションに対して予測は頑健である。そうでない場合、分岐比は低下する可能性がある。
• ミューサー・スケールが右手ネウトニノスケールに近い場合、弱い対数的依存性のため、レプトン数の保存が破れる現象は抑制され、大きな $g$-2 異常があるにもかかわらず検出を逃す可能性がある。
• 非デゲネレートまたは準デゲネレートな右手ネウトニノスペクトルでは、CP非対称性が強化される可能性があり、これにより $\bm{\text{Br}}(\bm{\mu\to e\gamma})$ はベースラインの下限を上回る可能性がある。
• 将来的に $\bm{\mu\to e\gamma}$ が観測された場合、バリオン非対称性のレプトゲネシス起源を強く支持する。特に $\bm{\tau\to\mu\gamma}$ および $\bm{\tau\to e\gamma}$ も観測された場合、その支持はさらに強まる。