[論文レビュー] Supersymmetric Lepton Flavour Violation at the LHC and LC

Frank F. Deppisch, J. Kalinowski+3 more|ArXiv.org|Jan 30, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 16被引用数 13

ひとこと要約

本稿は、将来の加速器 collider におけるスピン特異的レプトンフラバー違反（SLFV）を調査し、将来の $e^{+}e^{-}$ 線形衝突機（LC）における selectron 対生成と崩壊が、$\tau\to\mu\gamma$ のようなレアな電磁的崩壊と相関することで、SLFV の起源を解明できることを示している。主な結果として、LHC で $Br(\tau\to\mu\gamma) \approx 10^{-8}$ の観測が確認されれば、LC における $e^{+}e^{-}\to\tau^{+}\mu^{-}+2\tilde{\chi}_{1}^{0}$ の測定断面積が 0.05–10 fb に達する可能性があり、低エネルギー実験と強い補完的関係にあることが示された。

ABSTRACT

In supersymmetric extensions of the Standard Model, the Yukawa and/or mass terms of the heavy neutrinos can generate lepton flavour violating slepton mass terms. These new supersymmetric sources of lepton flavour violation may both enhance the rates of charged lepton flavour violating processes, l_a -> l_b y, and generate distinct final states, like l_b l_a + jets + missing E_T, at future colliders. First, we discuss the sensitivity of future e^+e^- colliders to the SLFV independently of the lepton flavour violating mechanism. Second, we study lepton flavour violating slepton pair production and decay at a future e^+e^- linear collider in the context of the seesaw mechanism in mSUGRA post-LEP benchmark scenarios. We investigate the correlations of these signals with the corresponding lepton flavour violating rare decays l_a -> l_b y, and show that these correlations are particularly suited for probing the origin of lepton flavour violation.

研究の動機と目的

• 将来の $e^{+}e^{-}$ 衝突機が、レプトンフラバー違反の背後にあるメカニズムに依存せずに、スピン特異的レプトンフラバー違反（SLFV）をどれだけ感度よく探査できるかを評価すること。
• mSUGRA ベンチマークシナリオにおける seesaw メカニズムの下で、selectron 対生成と崩壊を含めた SLFV を検討すること。
• LC における SLFV のシグナルと $l_{\alpha}\to l_{\beta}\gamma$ のようなレアな電磁的崩壊との相関を調査し、レプトンフラバー違反の起源を解明すること。
• LHC と LC が SLFV を探査する上で、特に $\mu$-$\tau$ セクターにおいてどれほど補完的であるかを示すこと。

提案手法

• selectron 対生成 $e^{+}e^{-}\to\tilde{l}_{j}^{+}\tilde{l}_{i}^{-}\to l_{\alpha}^{+}l_{\beta}^{-}+2\tilde{\chi}_{1}^{0}$ の $e^{+}e^{-}$ 衝突機シグナルを、slepton 混合行列 $W_{i\alpha}$ を用いてシミュレートする。
• 重い右手レプトンニュートリノの効果が、量子異常補正の進行に寄与する seesaw メカニズムを適用し、slepton 質量にレプトンフラバー違反を生成する。
• 純粋な $\tilde{\nu}_{\mu}$-$\tilde{\nu}_{\tau}$ 混合を仮定した簡略化モデルを用い、$\tilde{\theta}_{23}$ と $\Delta\tilde{m}_{23}$ を自由パラメータとして扱う。
• モンテカルロ シミュレーションを実施し、$\sqrt{s} = 800$ GeV および $\tilde{\chi}_{1}^{0}$ を最軽量中性ノイドと仮定して、$e^{+}e^{-}$ プロセスの断面積を推定する。
• $\mu\to e\gamma$ および $\tau\to\mu\gamma$ の実験的制約と、$e^{+}e^{-}$ 断面積の予測を比較し、モデルパラメータを制約する。
• $\tau\to\mu\gamma$ の分岐比と $e^{+}e^{-}$ selectron 対生成率の相関を分析し、SLFV の起源を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 将来の $e^{+}e^{-}$ 衝突機は、レプトンフラバー違反を生成する背後にあるメカニズムに依存せずに、SLFV を探査できるか？
• RQ2 seesaw による SLFV を持つ mSUGRA シナリオにおいて、$e^{+}e^{-}\to\tau^{+}\mu^{-}+2\tilde{\chi}_{1}^{0}$ の期待される断面積はどの程度か？
• RQ3 $\tau\to\mu\gamma$ の分岐比と $e^{+}e^{-}$ selectron 対生成率の相関は、SLFV の起源を特定するのにどのように寄与するか？
• RQ4 現在の $\mu\to e\gamma$ の制約が、線形衝突機における $e^{+}e^{-}\to\tau^{+}\mu^{-}+2\tilde{\chi}_{1}^{0}$ の観測可能性にどの程度制限をかけるか？
• RQ5 ニュートリノ系の不確実性は、$\tau\to\mu\gamma$ と $e^{+}e^{-}$ selectron 生成シグナルの相関にどのように影響するか？

主な発見

• LHC で $Br(\tau\to\mu\gamma) = 10^{-8}$ が観測されれば、将来の線形衝突機における $e^{+}e^{-}\to\tau^{+}\mu^{-}+2\tilde{\chi}_{1}^{0}$ の断面積は 0.05–10 fb に達する。
• 図 4 に示すように、ニュートリノ系の不確実性に対して、$\tau\to\mu\gamma$ と $e^{+}e^{-}$ selectron 対生成の相関は頑健である。
• $Br(\tau\to\mu\gamma) = 10^{-8}$ の測定は、$\sin 2\tilde{\theta}_{23} \geq 0.4$ および $\Delta\tilde{m}_{23} \approx 0.3-1$ GeV を示唆する。
• 新しい PSI 実験で $\mu\to e\gamma$ が観測されず、$Br \lesssim 10^{-13}$ であれば、モデル B において $e^{+}e^{-}\to\tau^{+}\mu^{-}+2\tilde{\chi}_{1}^{0}$ の観測は排除される。
• $e^{+}e^{-}\to\mu^{+}e^{-}+2\tilde{\chi}_{1}^{0}$ の断面積が 1 fb である場合、現在の制約と整合的であるが、$\mu\to e\gamma$ の非観測は、そのようなシグナルを 0.1 fb 未満に制限する。
• $\tau\to\mu\gamma$ と $e^{+}e^{-}$ selectron 生成の相関は、mSUGRA パラメータに敏感なままであり、SLFV の起源を探査する強力なツールとなる。