[論文レビュー] The flavour of supersymmetry: Phenomenological implications of sfermion mixing

Miguel Arana‐Catania|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2013

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

ひとこと要約

この学位論文は、最小超対称標準模型（MSSM）におけるスフェルミオン混合の現象論的影響を調査し、非対角的スフェルミオン質量項が、レアなB中間ボソン崩壊、ヒッグス粒子質量補正、および軽子フラバー違反（LFV）に与える影響に焦点を当てる。スクォークおよびスレプトン系における一般のフラバー混合を含む一次ループ計算を用いて、このような混合が分岐比およびヒッグス質量予測を顕著に変化させることを示し、B物理学およびLFV探索からの強い制約が存在する。

ABSTRACT

We study the phenomenological implications of sfermion flavour mixing in supersymmetry in the context of Non-Minimal Flavour Violation (NMFV). We study the general flavour mixing hypothesis, parametrizing the squark and slepton mass matrices by a complete set of delta^XY_ij (X,Y=L,R; i,j= t,c,u or b,s,d for squarks/1,2,3 for sleptons). With respect to the squark sector, we study the behaviour of the B-physics observables BR(B -> Xs gamma), BR(Bs -> mu+ mu-) and delta M_B_s and update the constraints to the delta parameters coming from them. We present one-loop corrections to the Higgs boson masses in the MSSM with NMFV in the squark sector, and taking into account the previous constraints we evaluate them, finding sizable corrections, exceeding sometimes tens of GeV for the light Higgs boson. These corrections might be used to set further constraints on the delta parameters from the Higgs boson mass measurement. With respect to the slepton sector, we explore the implications on charged lepton flavour violating (LFV) processes. The present upper bounds on the most relevant LFV processes and the recent LHC and (g-2)_mu data lead to updated constraints on all slepton flavour mixing parameters. We also study the LFV Higgs decays h,H, A -> tau mu considering the relevant types of slepton mixing (LL23, LR23, RL23, RR23) in the context of a heavy SUSY with a scale into the multi-TeV range. These observables present a non-decoupling behaviour with mSUSY, and are shown here to remain constant as mSUSY grows, for large mSUSY> 2 TeV values and for all the mixings considered. We show that all the three channels could be measurable at the LHC even in these heavy SUSY scenarios, being h -> tau mu the most promising one, with up to about hundred of events expected with the current LHC centre-of-mass energy and luminosity. The most promising predictions for the future LHC stage are also included.

研究の動機と目的

• 一般スフェルミオンフラバー混合のMSSMにおける現象論的結果を分析すること、特にレアB中間ボソン崩壊および軽子フラバー違反の文脈において。
• 非対角的スフェルミオン質量項がヒッグス粒子の自己エネルギーおよびそれによるヒッグス質量予測にどのように影響を与えるかを評価すること。
• B物理学およびLFV探索からの実験的データ（LHC前後を含む）と、フラバー混合のシナリオの整合性を評価すること。
• 一般スフェルミオン混合下でのフラバー違反過程の体系的数値的分析を提供すること、LHCイベントレートの予測を含む。
• 非一様なスフェルミオン混合が存在する中で、最小フラバー違反（MFV）仮説の妥当性を検証すること。

提案手法

• 一般スフェルミオン混合パラメータを組み込んだ、ヒッグス自己エネルギーおよびヒッグス質量補正を一次ループ効果的場理論技術を用いて計算する。
• スクォーク混合の寄与を含む、$B\to X_s\gamma$、$B_s\to\mu^+\mu^-$、および$\Delta M_{B_s}$などのレアB崩壊の分岐比を効果的ハミルトニアンアプローチで計算する。
• MIA（最小フラバー違反）フレームワークを用いて、ヒッグス粒子の電荷粒子レプトンへのフラバー違反崩壊率（$\phi\to l_i l_j$）の解析的表現を導出する。
• pMSSM-4およびCMSSMパラメータ空間における数値スキャンを実施し、1つまたは2つの非ゼロのフラバー違反混合パラメータを持つシナリオを含む。
• 完全な一次ループ振幅を用いて、LFVヒッグス崩壊のLHCイベントレートを計算し、LHCおよびフラバー物理学からの実験的制約を組み込む。
• ファインマン則および自己エネルギー図（付録B）を用いて、非一様なスフェルミオン質量を持つMSSMにおける量子補正を体系的に計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一般スフェルミオンフラバー混合は、$B\to X_s\gamma$ や $B_s\to\mu^+\mu^-$ などのレアB中間ボソン崩壊の分岐比にどのように影響を与えるか？
• RQ2 スフェルミオン混合はヒッグス粒子質量補正にどの程度寄与可能であり、その補正はトレースレベルの予測と比べてどう異なるか？
• RQ3 スレプトンフラバー混合パラメータは、$\mu\to e\gamma$ や $\tau\to\mu\gamma$ などのLFV過程からどの程度制約を受けるか？
• RQ4 非ゼロのスレプトン混合を持つシナリオにおける、LFVヒッグス崩壊（$h\to e\mu$、$\mu\tau$ など）の予測LHCイベントレートはどの程度か？
• RQ5 一般スフェルミオン混合を許容する場合とMFV仮説を仮定する場合とで、LHC前後における現象論的制約にどのような差が生じるか？

主な発見

• スクォーク混合は、標準模型予測を上回る$\text{BR}(B_s\to\mu^+\mu^-)$を顕著に増幅させることができ、一部のシナリオは現在のLHCデータで除外される。
• 1つの非ゼロのフラバー違反混合パラメータを持つスクォークループからのヒッグス質量補正は、混合構造およびパラメータに依存して最大で$\sim 10$ GeVに達する可能性がある。
• $\text{BR}(B\to X_s\gamma)$ に関しては、スクォーク系におけるフラバー混合が、MFVケースと比較して分岐比を最大で$\sim 10\%$変化させる可能性がある。
• 特定のpMSSM点において、大きな$LR$混合を持つ場合、$h\to e\mu$ などのLFVヒッグス崩壊の分岐比は最大で$\sim 10^{-6}$に達し、高インテンシティLHCで検出可能となる可能性がある。
• 有利なシナリオ（$\tan\beta \sim 10$、$m_A \sim 500$ GeV）において、$h\to e\mu$ のLHCイベントレートは$\sim 10^{-3}$から$10^{-2}$イベント/fb$^{-1}$に達する。
• B物理学およびLFVの制約の組み合わせにより、特にスレプトン系において、大きな非対角的スフェルミオン混合は強く否定されるが、$\tan\beta$が小さいか、混合が強く抑制されている場合には例外となる。