[論文レビュー] Recent MEG Results and Predictive SO(10) Models

Takeshi Fukuyama, Nobuchika Okada|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、最近のMEG実験で観測された$μ\to e\gamma$崩壊モードにおける3イベントを説明する予測可能なSO(10)大統一理論モデルにおけるベンチマーク超対称スケールを提案する。GUTスケールで一様なスピン対称性の破れパラメータを仮定し、フェルミオン質量のフィットからニュートリノディラクヤクファ行列を完全に決定することで、モデルはMEG信号と整合する$μ\to e\gamma$分岐比を予測するが、同時にダークマターの残存密度およびミュオン$g-2$の制約を満たしており、LHCでテスト可能な署名をもたらす。

ABSTRACT

Recent MEG results of a search for the lepton flavor violating (LFV) muon decay, $μ o e γ$, show 3 events as the best value for the number of signals in the maximally likelihood fit. Although this result is still far from the evidence/discovery in statistical point of view, it might be a sign of a certain new physics beyond the Standard Model. As has been well-known, supersymmetric (SUSY) models can generate the $μ o e γ$ decay rate within the search reach of the MEG experiment. A certain class of SUSY grand unified theory (GUT) models such as the minimal SUSY SO(10) model (we call this class of models "predictive SO(10) models") can unambiguously determine fermion Yukawa coupling matrices, in particular, the neutrino Dirac Yukawa matrix. Based on the universal boundary conditions for soft SUSY breaking parameters at the GUT scale, we calculate the rate of the $μ o e γ$ process by using the completely determined Dirac Yukawa matrix in two examples of predictive SO(10) models. If we interpret the 3 events in MEG experiment as a positive signal and combine it with other experimental constraints such as the relic density of the neutralino dark matter and recent results on muon $g-2$, we can pin down a parameter set of the universal boundary conditions. Then, we propose benchmark sparticle mass spectra for each predictive SO(10) model, which will be tested at the Large Hadronic Collider.

研究の動機と目的

• 最近のMEG実験で観測された$\mu\to e\gamma$モードにおける3イベントを、標準模型を超える新しい物理の兆候として解釈すること。
• フェルミオン質量のフィットによって完全に決定される、すべてのフェルミオンヤクファ行列を有する予測可能なSO(10)GUTモデルが、検出可能な$\mu\to e\gamma$崩壊率をどのように生成できるかを調査すること。
• MEG信号、中性ノイザーの残存密度、およびミュオン$g-2$測定値と整合するように、GUTスケールにおける一様なスピン対称性の破れパラメータを制約すること。
• 大型ハドロン衝突型加速器（LHC）でテスト可能な、最小で単純な5次元SO(10)モデルのベンチマークスーパーパarticle質量スペクトルを導出すること。

提案手法

• クォークとレプトンを統合する1つの${\bf 16}$表現を有する予測可能なSO(10)モデルを仮定し、これによりニュートリノディラクヤクファ行列と右手系ニュートリノ質量が一意に決定されることを示す。
• GUTスケール未満の低エネルギー有効理論として最小超対称標準模型（MSSM）を用い、右手系ニュートリノのフェルミオン多重項を含める。
• GUTスケールから弱スケールまでの走馬灯群発展（RGE）を適用し、ニュートリノディラクヤクファ行列を介してレプトンフレーバー破れ（LFV）のスピン対称性の破れ項を生成する。
• GUTスケールでスピン対称性の破れパラメータに一様な境界条件を課し、MEG信号、中性ノイザーの残存密度、およびミュオン$g-2$の整合性を満たすようにパラメータを固定する。
• RGEを改善した有効ラグランジュアンを用いて$\mu\to e\gamma$分岐比を計算し、MEGの結果$3\times10^{-12}$と比較する。
• $\tau\to\mu\gamma$および$\tau\to e\gamma$の分岐比を計算し、将来の実験的到達可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 完全に決定されたヤクファ行列を有する予測可能なSO(10)モデルが、$\mu\to e\gamma$モードにおけるMEGの3イベントを説明できるか？
• RQ2 MEG信号と宇宙論的および$g-2$の制約を満たすように、GUTスケールにおける一様なスピン対称性の破れパラメータの組み合わせは何か？
• RQ3 これらのモデルにおける予測された$\mu\to e\gamma$分岐比は、現在および将来の実験的限界とどのように比較されるか？
• RQ4 すべての制約を満たし、LHCでテスト可能な最小で単純な5次元SO(10)モデルにおけるベンチマークスーパーパarticle質量スペクトルは何か？
• RQ5 同じ枠組みで、近い将来の実験で観測可能な$\tau\to\mu\gamma$および$\tau\to e\gamma$分岐比を予測できるか？

主な発見

• 最小SO(10)モデルでは、$\mu\to e\gamma$分岐比が$5.74\times10^{-10}$に予測され、宇宙論的および$g-2$の制約と組み合わせると、MEG信号の$3\times10^{-12}$と整合的である。
• 単純な5次元SO(10)モデルでは、$\mu\to e\gamma$分岐比が$5.53\times10^{-10}$に予測され、同様の制約下でもMEG信号と整合的である。
• 両モデルの導出されたベンチマーク点は、観測された中性ノイザーの残存密度および測定されたミュオン$g-2$のずれを満たしており、特にハドロン的寄与の$\tau$崩壊データに有利である。
• 最小SO(10)モデルでは、予測された$\tau\to\mu\gamma$および$\tau\to e\gamma$分岐比はそれぞれ$5.74\times10^{-10}$および$1.32\times10^{-10}$であり、単純な5次元SO(10)モデルでは$5.53\times10^{-10}$および$1.34\times10^{-10}$である。
• これらの$\tau$レプトンのLFV崩壊率は現在の実験的限界以下であるが、近い将来のスーパーベータファクトリーで到達可能であり、近い将来にテスト可能である。
• 各SO(10)モデルに提案されたベンチマークスペクトルは、LHCでテスト可能であり、低エネルギーのLFV信号と高エネルギーの衝突型加速器探索との直接的なつながりを提供する。