[論文レビュー] mu to 3e and mu to e Conversion in Gauge-Higgs Unification

Yuki Adachi, Nobuaki Kurahashi+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 16, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 12

ひとこと要約

本稿は、5次元ゲージ・ヒッグス統一（GHU）モデルにおけるレプトンflavor違反（LFV）を検討し、中性Kaluza-Klein（KK）ゲージボソンの樹形交換によって媒介されるμ→3eおよびμ→e変換過程に注目する。大きなレプトン混合角があるにもかかわらず、モデルは現在の実験的上限を下回るLFV率を予測しており、コンact化スケールが弱いスケール（約1.5 TeV）付近に下限をもつことを示唆している。これは、波動関数の重なり抑制により、LFV制約が直感的な期待よりも厳しくないことを示している。

ABSTRACT

The two dominant processes of lepton flavor violation, mu to 3e and mu to e conversion in atomic nuclei caused by neutral KK gauge boson exchanges at tree level, are studied in the context of five dimensional gauge-Higgs unification scenario. The key point of the flavor violation is a fact that the bulk masses and the brane ones cannot be simultaneously diagonalized. We estimate the branching ratio of each processes and obtain the lower bound of compactification scale around weak scale from the current experimental data. We discuss the reasons why the final result is not so severe although the large mixing in the lepton sector seems to give large lepton flavor violation processes.

研究の動機と目的

• 5次元ゲージ・ヒッグス統一（GHU）モデルにおけるレプトンflavor違反（LFV）の妥当性を、特にμ→3eおよびμ→e変換過程を通じて調査すること。
• 大きなレプトン混合角があるにもかかわらず、LFV率が予想に反して小さい理由を理解すること。
• 現在のLFV過程における実験的上限を用いて、コンact化スケールの下限を導出すること。
• バルクおよびブレーン質量パラメータが非対角化可能でないことによるレプトン系におけるflavor混合の生成メカニズムを分析すること。
• 同じGHUメカニズム下で、クォーク系におけるLFVの顕著性と比較して、レプトン系におけるLFVの顕著性を検討すること。

提案手法

• S¹/Z₂にコンパクト化された5次元SU(3)×U'(1)×SU(3)colorゲージ・ヒッグス統一モデルを構築し、バルクヒッグス機構を導入する。
• フェルミオンのゼロモードが高次元スピンダーのゼロモードから生じることに基づき、レプトン質量を追加次元における波動関数の局在化によって実現する。
• Z₂奇性のバルク質量およびブレーン局在質量項を導入し、これらが同時に対角化できないことからflavor混合を生成する。
• 5次元モデルにおける中性KKゲージボソン（KK Zおよび光子）の樹形交換から有効なLFV頂点を計算する。
• 得られたLFVカップリングを用いて、μ→3eの分岐比および核におけるμ→e変換率を評価する。
• 現在の実験的上限（μ→3e: BR < 1.0×10⁻¹²；Tiにおけるμ→e変換: BR < 6.0×10⁻¹³）を適用し、コンact化スケールを制約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5次元ゲージ・ヒッグス統一モデルにおいて、核内におけるμ→3eおよびμ→e変換の分岐比は何か？
• RQ2 このGHUフレームワークにおいて、大きなレプトン混合角があるにもかかわらず、なぜLFV率が強く増幅しないのか？
• RQ3 現在のLFV実験データから導かれるコンact化スケールの下限は何か？
• RQ4 非対角化可能なバルクおよびブレーン質量パラメータは、モデル内でのレプトンflavor違反にどのように寄与するか？
• RQ5 同じGHUメカニズム下で、クォーク系におけるLFV顕著性と比較して、レプトン系におけるLFV顕著性は定量的にどのように異なるか？

主な発見

• μ→3eの分岐比は約1.2×10⁻¹³と推定され、現在の実験的上限1.0×10⁻¹²より著しく小さい。
• チタニウムにおけるμ→e変換率は約6.0×10⁻¹³であり、実験的上限6.0×10⁻¹³と整合的である。
• 大きなレプトン混合角（例：b₃ˡ ≈ 2.21×10⁻²）があるにもかかわらず、波動関数の重なり積分による抑制により、LFV率は顕著に抑制されている。
• 現在のLFV制約に基づき、コンact化スケールの下限としてR⁻¹ > 1.5 TeVが導かれた。これは弱いスケールと整合的である。
• モデルは、ゼロモード波動関数の構造と非対角質量項のおかげで、レプトン系におけるLFVは直感的な期待よりも制約が弱いことを示している。
• 結果は、ゲージ・ヒッグス統一のシナリオが、大きなflavor混合が存在しても自然にLFVを抑制できることを示しており、現在の実験的限界内に妥当であることを示している。