[論文レビュー] Spontaneous CP Violation and Horizontal Symmetry in the MSSM: Toward Lepton Flavor Naturalness

Daniel Aloni, Pouya Asadi+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 100被引用数 13

ひとこと要約

本稿では、MSSMにおける軽レプトンのフラバー破れおよびCP対称性破れ過程を自然に抑制するため、U(1)水平対称性と自発的CP対称性破れを備えた超対称モデルを提案する。質量行列にランダムなO(1)係数を導入し、新たな微調整尺度を定義することで、観測された軽レプトンフラバー観測量（例：μ→eγおよび電子電気電気双極子モーメント(eEDM)）がどのように自然に出現するかを定量的に評価した。その結果、水平対称性を有するモデルは、無秩序な（anarchic）状況と比較して微調整が顕著に低減されることを示した。

ABSTRACT

We study the contributions of supersymmetric models with a $U(1)$ horizontal symmetry and only spontaneous CP breaking to various lepton flavor observables, such as $\mu o e\gamma$ and the electron electric dipole moment. We show that both a horizontal symmetry and a lack of explicit CP violation can alleviate the existing bounds from such observables. The undetermined $\mathcal{O}(1)$ coefficients in such mass matrix models muddle the interpretation of the bounds from various flavor observables. To overcome this, we define a new fine-tuning measure for different observables in such setups. This allows us to study how naturally the observed IR flavor observables can emerge from a given mass matrix model. We use our flavor-naturalness measure in study of our supersymmetric models and quantify the degree of fine tuning required by the bounds from various lepton flavor observables at each mass scale of sleptons, neutralinos, and charginos.

研究の動機と目的

• U(1)水平対称性と自発的CP対称性破れを用いて、MSSMにおけるレプトンフラバー破れおよびCP対称性破れ問題を解決すること。
• 質量行列における未決定なO(1)係数が引き起こすフラバーおよびCP対称性の境界条件の曖昧さを克服すること。
• 水平対称性を有するモデルにおけるレプトンフラバー観測量の自然性を定量化する新たな微調整尺度を定義すること。
• 2つのフラヴォン場を有する超対称モデルにおける、現在および将来のμ→eγおよび電子EDMの制約を評価すること。
• 水平対称性が、制御不能な複素位相を有する無秩序なソフト質量と比較して、微調整をどのように低減するかを示すこと。

提案手法

• 小さなパラメータ ϵ = ⟨S⟩/Λ を介して、Yukawa結合を抑制するU(1)水平対称性を導入する。
• 複数のフラヴォン場の複素期待値を介して、自発的CP対称性破れを実装する。
• 未知のUV物理学を模倣するために、一様分布を用いて質量行列の成分にランダムなO(1)係数を導入する。
• ランダムなヒルベルト行列および正定値行列を組み合わせ、スプルニオン挿入項を加えることで、δLL、δRR、δA行列を構築する。
• 微調整尺度を、観測量（例：μ→eγまたはeEDM）における微調整と、SMフェルミオン質量および混合角における微調整の比として定義する。
• 各シナリオについて1000回のモンテカルロ試行を実施し、SM質量基底に回転させ、各ランダム実現について観測量を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 U(1)水平対称性と自発的CP対称性破れが、MSSMにおけるレプトンフラバー破れおよびCP対称性破れ観測量に与える影響は何か？
• RQ2 質量行列における未決定なO(1)係数が、フラバーおよびCP対称性の境界条件の解釈をどの程度曇らせるか？
• RQ3 新たな微調整尺度は、従来の手法と比較して、フラバー観測量の自然性をより正確に捉えることができるか？
• RQ4 水平対称性の導入により、μ→eγおよび電子EDMの制約において、微調整が無秩序モデルと比較してどの程度低減されるか？
• RQ5 実験的制限に基づく、このようなモデルの現在および将来の制約可能性は何か？

主な発見

• 新たな微調整尺度は、フラバーおよびCP対称性破れ観測量に起因する微調整を効果的に分離し、O(1)係数の分布に依存する感度を低減した。
• 水平対称性と自発的CP対称性破れを有するモデルは、無秩序なソフト質量と比較して、μ→eγおよび電子EDMの制約において顕著に微調整が低減されている。
• 1000回の試行において、スlepton質量の平均は入力スケール ˜m = 100 TeV に対して1%以内に保たれ、個々の固有状態はO(1)の要因で変動した。
• 表2の電荷割り当てにおいて、最も軽いスlepton質量は平均より10倍以上小さい可能性があり、軽いスleptonの存在が示唆された。
• SMフェルミオン質量および混合角と整合する「良い」試行の割合は、ランダム係数の分布に依存するが、微調整比は安定であった。
• 無秩序な状況と比較して、水平対称性を有するモデルは、超対称粒子のスケールを低く設定可能であり、自然性を向上させつつ、きびしいeEDMおよびμ→eγの制約を満たすことが可能である。