[論文レビュー] Supersymmetric contributions to rare kaon decays: beyond the single mass-insertion approximation

Gilberto Colangelo, Gino Isidori|arXiv (Cornell University)|Aug 31, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 67

ひとこと要約

この論文は、クォーク質量行列の非対角要素の2次までの拡張を含む質量挿入近似を用いて、珍しい中性子カイオン崩壊、特に$K\to\pi\nu\bar{\nu}$および$K_L\to\pi^0 e^+e^-$における超対称性寄与を再評価する。以前に無視されていた2次項、特に二重の$\tilde{u}_L$-$\tilde{u}_R$混合が、Brを最大で2桁の増加に及ぼすことが判明し、これは、フラバー非保存中性荷電現在の新しい物理の、モデルに依存しない顕著な兆候を提供する。

ABSTRACT

We analyze the contributions to rare kaon decays mediated by flavor-changing Z-penguin diagrams in a generic low-energy supersymmetric extension of the Standard Model. In order to perform a model-independent analysis we expand the squark mass matrices around the diagonal, following the so called mass-insertion approximation. We argue that in the present case it is necessary to go up to the second order in this expansion to take into account all possible large effects. The current bounds on such second-order term, which was neglected in previous analyses, are discussed in detail and the corresponding upper bounds for the rare kaon decay rates are derived. As a result, we show that supersymmetric effects could lead to large enhancements of K -> pi nu{\bar nu} and K_L -> pi^0 e^+ e^- branching ratios.

研究の動機と目的

• 単一の質量挿入近似（MIA）を超えて、高次の効果を無視するのを避けることによる、珍しい中性子カイオン崩壊における超対称性寄与の再分析。
• 特に$\tilde{u}_L$-$\tilde{u}_R$混合を含む、アップスクォーク系における2次の質量挿入項の特定とその影響の定量的評価。
• これらの以前に無視されていた項が、$K\to\pi\nu\bar{\nu}$および$K_L\to\pi^0 e^+e^-$の崩壊断面積に顕著な増幅をもたらすかどうかの評価。
• 既存の$K^0$-$\bar{K}^0$混合および他のFCNC過程からの制約を用いて、2次のLR混合項に関する現象的制約を導出すること。
• 進行中および予定されている珍しい中性子カイオン崩壊実験における、これらの効果の実験的観測可能性の評価。

提案手法

• 非対角要素の2次までの摂動的アプローチを用いて、スクォーク質量行列を対角成分の周りで展開する。
• $SU(2)_L$破れ項に特に注目し、チョウインゴ–アップスクォークおよびグルアインゴ–スクォークの寄与を$Z\bar{s}d$有効頂点に組み込む。
• 質量挿入近似を2次まで拡張し、以前に無視されていた項（例：$(M^2_U)_{s_L t_R}(M^2_U)_{t_R d_L}/M_S^4$）を含める。
• 特に$K^0$-$\bar{K}^0$混合からの制約を用いた、2次のLR混合項に関する理論的および現象的制約の数値的分析。
• 標準模型（SM）の一次項振幅と新しいSUSY寄与を比較し、$\lambda_t m_t^2/m_W^2$の増幅が2次の質量挿入項に置き換えられる。
• トップクォークおよびチョウインゴ/スクォークを含む1ループ振幅を計算するために、ループ関数$C(x)$、$H(x)$、$j(x)$、$k(x)$、$l(x)$を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アップスクォーク系における2次の質量挿入項は、標準模型を上回る顕著な珍しい中性子カイオン崩壊断面積の増幅を引き起こす可能性があるか？
• RQ2 なぜ単一の質量挿入近似では、$Z$ペニャン媒長の$\Delta F=1$過程における大きな超対称性効果を捉えるのに不十分なのか？
• RQ3 2次の$\tilde{u}_L$-$\tilde{u}_R$混合項に関する現象的制約は何か？また、それらは珍しい崩壊断面積をどのように制約するか？
• RQ4 $K\to\pi\nu\bar{\nu}$崩壊において、チョウインゴ–アップスクォーク図の寄与は、グルアインゴ–スクォークまたはニュートラリノ–スクォーク図の寄与と比べてどの程度か？
• RQ5 現在および予定されている実験は、珍しい中性子カイオン崩壊におけるこれらの2次のSUSY効果を観測または制約できるか？

主な発見

• 以前に無視されていた2次の質量挿入項$(M^2_U)_{s_L t_R}(M^2_U)_{t_R d_L}/M_S^4$は、$Z\bar{s}d$有効頂点の顕著な増幅を引き起こす可能性がある。
• この項はCKM因子によって抑制されず、$K^+\to\pi^+\nu\bar{\nu}$の崩壊断面積を、標準模型の予測と比較して最大1桁の増幅にまで引き上げる可能性がある。
• $K_L\to\pi^0\nu\bar{\nu}$の崩壊率は、同じ2次寄与のおかげで最大2桁の増幅が起こり得る。
• $K_L\to\pi^0 e^+e^-$の崩壊率も、最大2桁の増幅が起こり得るため、新しい物理の感受性の高いプローブとなる。
• これらの珍しい崩壊に対しては、$K^0$-$\bar{K}^0$混合を伴う超対称性ボックス図は無視できるほど小さく、強く制約されており、$\Delta F=1$振幅に顕著な寄与をしない。
• KTeVおよびKLOE実験の現在の実験的感度は、今後数年以内にこれらの2次SUSY効果をプローブまたは制約できると予想される。