[論文レビュー] $\mu o e \gamma$ Decay in an MSSM Extension

Tarek Ibrahim, Ahmad Itani+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 22被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、ベクトルレプトン的生成子を有する拡張MSSMにおける$μ\to e\gamma$崩壊を検討し、チョウラチノ、ニュートラリノ、スlepton、ミラースlepton、W/Zボソン、およびミラーレプトンを含むフェルミオンのループから生じる1ループの寄与を分析している。CP対称性の破れ位相が新たなセクターに存在する場合、Br（$μ\to e\gamma$）が顕著に増大することが示され、現在のMEG実験の上限がモデルのパラメータ空間を制約しており、今後の感度向上によりMSSMを超える新しい物理学を探索可能になる可能性がある。

ABSTRACT

An analysis is given of the decay $\\mu \ o e+ \\gamma$ in an MSSM extension with a vectorlike generation. Here mixing with the mirrors allows the possibility of this decay. The analysis is done at the one loop level with the exchange of charginos and neutralinos and of sleptons and mirror sleptons in the loops. A one loop analysis with W and Z boson exchange and mirror leptons and neutrinos is also considered. The effects of CP violating phases from the new sector on the decay $\\mu\ o e \\gamma$ are analyzed in detail. The constraints arising from the current upper limit on the branching ratio ${\\cal{B}}(\\mu\ o {e} \\gamma)$ from the MEG experiment of $2.4\ imes 10^{-12}$ (at 90\\% CL) on the parameter space of SUSY models and on vectorlike models are explored. Further, the MEG experiment is likely to improve the upper limit by an order of magnitude in the coming years. The improved limits will allow one to probe a much larger domain of the parameter space of the extended models.

研究の動機と目的

• ベクトルレプトン的生成子を有する拡張MSSMにおけるレプトンのフレーバー不変性の破れを調査し、$μ\to e\gamma$の稀な崩壊に注目する。
• 新たなセクターに由来するCP対称性の破れ位相が$μ\to e\gamma$のBrに与える影響を検討する。
• 現在のMEG実験による${\cal B}(\mu\to e+\gamma)$の上限$2.4\times 10^{-12}$を用いて、拡張モデルのパラメータ空間を制約する。
• 今後のMEG実験の感度向上が、このモデルのパラメータ空間のより広い領域を探索可能にする可能性を評価する。
• チョウラチノ／ニュートラリノおよびW/Zボソンに加え、ミラーレプトンを含む1ループ図における寄与を分析する。

提案手法

• アノマリー自由かつゲージ量子数を保存するように、ベクトルレプトン的生成子とそのミラーを含むMSSMの拡張を構築する。
• Yukawa結合$f_3, f_4, f_5$およびそれらのプライム／プライムプライム変種を用いて、ベクトルレプトン的生成子と3つの標準生成子との混合を定義する。
• チョウラチノ、ニュートラリノ、スlepton、ミラースlepton、W、Zボソン、およびミラーレプトンをループに含む$μ\to e\gamma$の1ループ振幅を計算する。
• CP対称性の破れパラメータに由来する複素位相を含む、形式因子$F_2^{\mu e}, F_3^{\mu e}$および全振幅の解析的表現を導出する。
• ベンチマークパラメータセットを用いた数値解析により、Br（$μ\to e+\gamma$）を計算し、MEGの上限と比較する。
• 電子電気電気双極子モーメント$d_e$に関するACME実験の制約を導入し、パラメータ空間をさらに制限する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ベクトルレプトン的セクターにおけるCP対称性の破れ位相は、拡張MSSMにおける$μ\to e\gamma$のBrにどのように影響を与えるか？
• RQ2 チョウラチノ、ニュートラリノ、およびW/Zボソンにミラーレプトンを含む1ループ寄与による$μ\to e\gamma$のBrの大きさはどの程度か？
• RQ3 現在のMEGの上限が、ベクトルレプトン的生成子を有する拡張MSSMのパラメータ空間をどの程度制約するか？
• RQ4 今後のMEG実験の感度向上が、このモデルにおける新しい物理学の探索範囲に与える影響はいかほどか？
• RQ5 このモデルにおいて、電子電気双極子モーメント$d_e$と$μ\to e\gamma$崩壊振幅の間にはどのような相関関係があるか？

主な発見

• ベクトルレプトン的生成子の導入により、チョウラチノ、ニュートラリノ、およびミラーレプトンを含む1ループ図を通じて$μ\to e\gamma$への寄与が顕著に増大する。
• 新たなセクターにおけるCP対称性の破れ位相は、Brを最大で1桁増大させることができ、特定のベンチマーク例では$1.7\times 10^{-12}$に達する。
• 2つのベンチマークケースにおいて、Br（$μ\to e+\gamma$）は$1.2\times 10^{-13}$および$1.7\times 10^{-12}$に達し、後者は現在のMEG上限$2.4\times 10^{-12}$に近い。
• 2つのケースにおける電子電気双極子モーメント$d_e$は、それぞれ$4.7\times 10^{-29}$ e·cmおよび$6.1\times 10^{-30}$ e·cmに制限され、ACMEの上限と整合的である。
• このモデルでは非ゼロのニュートリノ質量が予測され、$m_{\nu 1}$、$m_{\nu 2}$、$m_{\nu 3}$はパラメータセットに応じて$2.1\times 10^{-12}$から$4.7\times 10^{-11}$ eVの範囲をとる。
• 今後のMEGのアップグレードにより感度が1桁向上すれば、拡張モデルのパラメータ空間のより広い領域を探索可能になる。