[論文レビュー] Testing SUSY models of lepton flavor violation at a photon collider

M. Cannoni, C. Carimalo+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2005

Atomic and Subatomic Physics Research参考文献 3被引用数 10

ひとこと要約

本稿は、高エネルギー光子衝突機におけるγγ → ℓℓ′過程を通じて、R対称性保存型超対称理論（SUSY）における軽レプトンのフラバー不変化（LFV）を調査する。特に、せいでぃゅー（seesaw）機構に起因する非対角項を有するスネートロン質量項を有するR対称性保存型SUSYに注目する。重力レンズ効果を用いた微分方程式の進化を用い、物理的背景を抑えるための運動的条件を適用した結果、特にeτチャンネルにおいて、δLL ≳ 10⁻¹の領域で統計的有意水準が3を超える観測可能なLFV信号が得られた。

ABSTRACT

The loop level lepton flavor violating signals $\gamma \gamma o \ell \ell' (\ell=e,\mu, au, \ell eq \ell^\prime)$ are studied in a scenario of low-energy, R-parity conserving, supersymmetric seesaw mechanism within the context of a high energy photon collider. Lepton flavor violation is due to off diagonal elements in the left s-lepton mass matrix induced by renormalization group equations. The average slepton masses ${\widetilde{m}}$ and the off diagonal matrix elements $\Delta m$ are treated as model independent free phenomenological parameters in order to discover regions in the parameter space where the signal cross section may be observable. At the energies of the $\gamma \gamma$ option of the future high-energy linear collider the signal has a potentially large standard model background, and therefore particular attention is paid to the study of kinematical cuts in order to reduce the latter at an acceptable level. We find, for the ($e au$) channel, non-negligible fractions of the parameter space ($\delta_{LL}=\Delta m^2/\widetilde{m}^2 \gtrsim 10^{-1}$) where the statistical significance ($SS$) is $SS \gtrsim 3$.

研究の動機と目的

• 高エネルギーγγ衝突におけるR対称性保存型SUSYモデルにおける軽レプトンのフラバー不変化（LFV）を調査すること。
• 将来のTESLA光子衝突機におけるLFV信号γγ → ℓℓ′（ℓ ≠ ℓ′）の観測可能性を評価すること。
• 運動的条件の効果がLFV検出における標準模型（SM）バックグラウンドをどれほど低減できるかを定量化すること。
• LFV断面積が統計的に有意な信号をもたらすパラメータ空間の領域を同定すること。
• γγモードがLFV検出においてe+e−およびe−e−モードに比べてどれほど感度に優れているかを評価すること。

提案手法

• R対称性保存型SUSYの低エネルギー模型を用い、左回りスネートロン質量行列の非対角項が重力レンズ効果による進化によって生成されることを仮定する。
• パラメータ空間を走査するため、平均スネートロン質量（em）と非対角行列要素（∆m）を自由な事象的パラメータとして扱う。
• チャージノ-ニュートリノおよびフェルミオン・ボックス図を含む1ループ振幅を計算し、ヘリシティ振幅はループ形式因子から導出する。
• 主なSMバックグラウンド（例：γγ → ℓℓ̄ℓ′ℓ̄′）を抑えるために、運動的条件（角度分布およびエネルギー分布など）を適用する。
• 非単色性を考慮した、コンプトンバックスキャッタリングに起因する現実的な光子スペクトルをビームシミュレーションに用いる。
• 信号断面積とバックグラウンド推定値を用いて、信号の統計的有意水準（SS）を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 将来の高エネルギー光子衝突機において、SUSYモデルのLFVがγγ → ℓℓ′過程を通じて観測可能か？
• RQ2 パラメータ空間（em, ∆m）において、統計的有意水準（SS ≥ 3）を満たす領域はどこか？
• RQ3 運動的条件は、γγ → ℓℓ′過程におけるSMバックグラウンド低減にどの程度効果的か？
• RQ4 γγモードは、e+e−およびe−e−モードに比べてLFV信号検出においてどれほど感度に優れているか？
• RQ5 RGEによって誘導される非対角スネートロン質量が、観測可能なLFV信号の生成に果たす役割は何か？

主な発見

• eτチャンネルにおいて、δLL = ∆m²/em² ≳ 10⁻¹の領域で、統計的有意水準（SS）が3を超える非自明なパラメータ空間領域が存在する。
• γγモードはe+e−およびe−e−モードに比べて断面積が大きいが、SMバックグラウンドも大きいため、効果的な運動的条件の適用が不可欠である。
• 運動的条件によりSMバックグラウンドが顕著に低減され、高バックグラウンド状態下でもeτチャンネルにおける観測可能な信号が可能になる。
• e−e−モードはe+e−モードに比べ、信号断面積が大きく、バックグラウンドが少ないため、LFV検出においてより有望な前景を示す。
• RGE進化においてY†νYν項が存在しないため、右回りスネートロン質量行列はほぼ対角的であり、解析において右回り混合を無視することが正当化される。