[論文レビュー] mu-->e+gamma Decay Rate in the MSSM with Minimal Flavour Violation

Momchil Davidkov, D. I. Kazakov|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、最小超対称標準模型（MSSM）における最小フラバー違反（MFV）フレームワークのもとで、軽レプトンフラバー違反崩壊 μ→eγ の分岐比を計算し、PMNS混合行列とニュートリノ混合角 θ13 の役割に焦点を当てる。崩壊率は θ13 および tan β に強く依存しており、現在の実験的上限が高 tan β のシナリオを強く制限する。これは、標準模型を超える新しい物理を強く探る手段となる。

ABSTRACT

The branching ratio for the mu-->e+gamma decay in the framework of the minimal flavour violation in the MSSM is calculated for various regions of the MSSM parameter space. The lepton flavour violation goes through the PMNS mixing matrix. The dependence on tanbeta is studied in comparison with experimental data. The results crucially depend on the mixing angle theta_{13}. Observation of this decay would serve as a manifestation of new physics beyond the SM.

研究の動機と目的

• MSSM における最小フラバー違反（MFV）仮定のもとで、希少な軽レプトンフラバー違反崩壊 μ→eγ の分岐比を計算すること。
• 崩壊率がニュートリノ混合角 θ13 にどのように依存するか、特に PMNS 行列による影響を調査すること。
• 現在の Br(μ→eγ) の実験的上限を用いて、MSSM パラメータ空間（特に m₀、m₁/₂、A₀、および tan β）を制約すること。
• μ→eγ 衰退率とニュートリノ振動データを踏まえて、MSSM における高 tan β シナリオの妥当性を評価すること。

提案手法

• MSSM におけるフラバー変換を抑制するため、最小フラバー違反（MFV）フレームワークを用い、レプトンフラバー違反はすべて PMNS 混合行列を通じて生じるとする。
• チャージノ、荷電ヒッグス、スネutrino を含むペンギン図を用いて μ→eγ の崩壊振幅を計算し、主にスネutrino ループによる寄与が支配的であることを示す。
• 3つの混合角とCP位相を含む PMNS 行列のパrametrization を適用するが、CP保存を仮定し、θ13 をグローバルフィット値 sin²θ13 = 0.016 に固定する。
• 3つのベンチマークポイント（m₀, m₁/₂）=（500, 500）、（500, 900）、（1500, 250）GeV に対して、A₀、tan β、および θ13 に関する分岐比の数値計算を実施する。
• MEG（≤2.8×10⁻¹¹）および MEGA（≤1.2×10⁻¹¹）からの実験的上限と比較し、これにより MSSM パラメータ空間が制約されることを示す。
• 特定のプロットにおいて sin θ13 を自由パラメータとして扱い、分岐比が sin²θ13 に比例することを明確に示す感度解析を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MSSM における MFV を仮定した場合、μ→eγ 衰退率はニュートリノ混合角 θ13、特に sin²θ13 にどのように依存するか？
• RQ2 現在の Br(μ→eγ) の実験的上限は、MSSM パラメータ tan β、A₀、および m₀/m₁/₂ にどのような制約を課すか？
• RQ3 μ→eγ 衰退率が θ13 に敏感であり、現在の実験的制限を踏まえると、MSSM における高 tan β シナリオは依然として妥当性を保っていると言えるか？
• RQ4 焦点点領域や共存化領域を含む、MSSM パラメータ空間の異なる領域における分岐比はどのように変化するか？
• RQ5 θ13 測定と併用した場合、他の希少崩壊と比較して、μ→eγ 衰退率が MSSM パラメータ空間をどれほどきびしいプローブとして機能するか？

主な発見

• μ→eγ の分岐比は sin²θ13 に比例し、θ13 = 0 の極限では消えるため、この混合角に極めて敏感であることが示された。
• ベンチマークポイント（m₀, m₁/₂）=（500, 500）GeV において、分岐比は A₀ および tan β と共に増加するが、tan β ≲ 35 の範囲では、小さな A₀ に対しても 2.8×10⁻¹¹ 未満に制限される。
• （1500, 250）GeV ポイントでは、分岐比は A₀ の増加に伴い減少し、軽いスパーティクルのシナリオとは逆の傾向を示す。
• MEG による実験的上限 2.8×10⁻¹¹ は、sin²θ13 が非常に小さい場合を除き、高 tan β 値（≳35）を除外する。これは現在のグローバルフィットと整合的である。
• sin²θ13 が 0.056（99.73% C.L. 上限）に達する場合、小さな tan β に対しても分岐比が実験限界を超えるため、大きな θ13 値に対して強い制約が生じる。
• 結果から、大きな θ13 は MSSM の高 tan β 領域を排除すると考えられ、一方で、μ→eγ の上限とダークマターの密度と両立させるには、小さな θ13 値が必須であると示唆された。