[論文レビュー] The MSSM with a softly broken U(2)^3 flavor symmetry

Andreas Crivellin, Lars Hofer+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、MSSMにおける放射型フレーバー違反（RFV）のシナリオを提案する。ここで、U(2)^3フレーバー対称性—soft三線形項A-項によってのみ破れる—を用いて、ループ補正によってCKM行列とクォーク質量を生成する。最小フレーバー不変性（MFV）とは異なり、このモデルは$B_s \to \mu^+\mu^-$および$B_s$-$\bar{B}_s$混合における新しいCP対称性の破れを許容し、中程度の$\tan\beta$でも非分解性のヒッグスペンギン項貢献を有する。これにより、現在の$B_s \to \mu^+\mu^-$に関する実験的制約と両立しつつ、$B_s$混合における新しいCP対称性の破れ位相を実現可能にする。

ABSTRACT

In this article we review the phenomenological consequences of radiative flavor-violation (RFV) in the MSSM. In the model under consideration the U(3)^3 flavor symmetry of the gauge sector is broken in a first step to U(2)^3 by the top and bottom Yukawa couplings of the superpotential (and possibly also by the bilinear SUSY-breaking terms). In a second step the remaining U(2)^3 flavor symmetry is softly broken by the trilinear A-terms in order to obtain the measured quark masses and the CKM matrix of the Standard Model (SM) at low energies. The phenomenological implications of this model depend on the actual choice of the SUSY breaking A-terms. If the CKM matrix is generated in the down sector (by A^d), Bs->mu^+mu^- receives non-decoupling contributions from Higgs penguins which become important already for moderate values of tan(beta). Also the Bs mixing amplitude can be significantly modified compared to the SM prediction including a potential induction of a new CP-violating phase (which is not possible in the MSSM with MFV).

研究の動機と目的

• 最小フレーバー不変性（MFV）と$B_d$および$B_s$混合における新しいCP対称性の破れの兆候との間にある矛盾を解消すること。
• $U(3)^3$フレーバー対称性と$K$および$D$物理学からの厳密な制約との矛盾を解消すること。
• A-項が$U(2)^3$対称性を破るフレームワークにおいて、ループ抑制を通じて軽いクォーク質量の小ささを説明すること。
• $U(2)^3$破れ$A$-項の物性的結果を、特に$B_s \to \mu^+\mu^-$および$B_s$-$\bar{B}_s$混合において探求すること。
• このモデルが、標準的MFVとは異なり、$B_s$-$\bar{B}_s$混合における新しいCP対称性の破れ位相を生成できることを示すこと。

提案手法

• 超電位のヤコビ係数$Y^{u(0)}$および$Y^{d(0)}$が$U(2)^3$対称性を保つと仮定し、$A$-項を$U(2)^3$破れの唯一の原因とする。
• $A^{u,d}$行列を対角化する$U(2)$回転を実行し、$A$-項が特定の非対角的構造を持つ非弱基底を固定する。
• 一ループの放射補正を通じて有効クォーク質量およびCKM行列要素を導出し、$m_q \propto A^{q}_{ii}/\mu_A$および$V_{cb} \propto A^{d}_{23}/\mu_A$の関係を得る。
• ヒッグス二重ペンギン振幅$\Gamma^{LR}_{sb}$および$\Gamma^{LR}_{bs}$を計算し、MFVとは異なり、RFVでは$m_s/m_b$による抑制が見られないことを示す。
• $V^R_{32} \propto A^{d*}_{32}/\mu_A$を導入して有効結合をパラメータライズし、$V_{ts}$と直接比較可能にする。
• $\text{Br}(B_s \to \mu^+\mu^-)$の実験的制約を用いてパラメータ空間を制約し、$B_s$-$\bar{B}_s$混合と相関づける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 A-項が唯一のフレーバー違反源である$U(2)^3$対称性を有するMSSMが、ループ補正によって観測されたCKM行列とクォーク質量を生成できるか？
• RQ2 このモデルが、標準的MFVシナリオに欠ける$B_s$-$\bar{B}_s$混合における新しいCP対称性の破れ位相を許容できるか？
• RQ3 $B_s \to \mu^+\mu^-$の崩壊率がMFV予測を上回るが、現在の実験的制約に違反しないようにできるか？
• RQ4 このRFVフレームワークにおいて、$\tan\beta$の増加に伴い$B_s$-$\bar{B}_s$混合へのヒッグスペンギン貢献がどのようにスケーリングするか？MFVと比較して。
• RQ5 このモデル下で、$m_H$–$\tan\beta$平面における$B_s \to \mu^+\mu^-$と$B_s$-$\bar{B}_s$混合の相関関係は何か？

主な発見

• モデルは、A-項からのループ補正によってCKM行列とクォーク質量を生成し、ループ抑制を通じて軽いクォーク質量の小ささを説明する。
• CKM行列が$A^{d}_{23}$を介してダウンクォーク系で生成される場合、$\Gamma^{LR}_{sb}$は$A^{d}_{23}/\mu_A$に比例し、中程度の$\tan\beta$でも$B_s \to \mu^+\mu^-$において非分解性効果を生じる。
• $B_s$-$\bar{B}_s$混合振幅は、$\Gamma^{LR}_{bs}$が抑制されないため顕著に変化しうる。このフレームワークでは、$\Gamma^{LR}_{sb}$と$\Gamma^{LR}_{bs}$の間でクォーク質量比によって関係づけられない。
• A-項によって誘導される$V^R_{32}$結合が$V_{ts}$によって制約されないため、MFVとは異なり、$B_s$-$\bar{B}_s$混合に新しいCP対称性の破れ位相を導入可能である。
• $m_H = 400\,\text{GeV}$、$\tan\beta = 11$、$\epsilon_b = 0.0075$の条件下で、$B_s$-$\bar{B}_s$混合における新しい位相を説明しつつ、現在の$\text{Br}(B_s \to \mu^+\mu^-) \leq 1.08 \times 10^{-8}$の制約と両立する領域が存在する。
• LHCbが$B_s \to \mu^+\mu^-$と$B_s$-$\bar{B}_s$混合の相関関係を探索しており、$B_s$-$\bar{B}_s$混合に信号が観測された場合、$B_s \to \mu^+\mu^-$の測定可能な増幅が予想される。