[논문 리뷰] B_s-B_s-bar mixing and lepton flavor violation in SUSY SO(10)

Sebastian Jäger|arXiv (Cornell University)|2005. 05. 27.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 27인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 대규모 대기 중 뉴트리노 혼합이 우수한 오른쪽 끈-쿼크 혼합을 유도하는 초대칭 SO(10) 대통합 모델에서의 맛 물리학을 조사한다. 이로 인해 $B_s$-$\overline{B}_s$ 혼합이 강화된다. $\tau \to \mu\gamma$의 강력한 제약에도 불구하고, $\mu$-파arameter에 유리한 의존성 덕분에 모델은 큰 $B_s$ 혼합과 렙톤 맛 위반 제약을 동시에 만족시킬 수 있으며, 이는 초대칭 GUT에서 뉴트리노 혼합과 $b \to s$ 전이 사이의 타당한 연결 고리를 시사한다.

ABSTRACT

We present a quantitative analysis of the flavor physics of a SUSY SO(10) model proposed by Chang, Masiero, and Murayama, linking b -> s transitions to the large observed atmospheric neutrino mixing. We consider B_s-B_s-bar mixing and tau -> mu gamma and discuss their correlation paying careful attention to their different dependences on model parameters. Our analysis shows that an order-of-magnitude enhancement of the mass difference with respect to the Standard Model is possible and can be reconciled with the most stringent bounds on lepton flavor violation. The situation for various Delta B=1 decays is discussed qualitatively.

연구 동기 및 목표

• 초대칭 SO(10) 대통합 이론에서 큰 대기 중 뉴트리노 혼합과 맛 변화 과정 사이의 연관성을 탐색하는 것.
• 이 틀 안에서 표준모형을 초월해 $B_s$-$\overline{B}_s$ 혼합이 크게 증폭될 수 있는지 평가하는 것.
• $B_s$ 혼합과 $\tau \to \mu\gamma$ 렙톤 맛 위반 사이의 상관관계를 검토하고, 둘 다 실험적 제약과 일치할 수 있는지 판단하는 것.
• $\mu$-파arameter가 $\tau \to \mu\gamma$의 제약을 약화시키면서도 큰 $B_s$ 혼합을 유지하는 데 어떤 역할을 하는지 조사하는 것.

제안 방법

• 모델은 플랑크 스케일에서 맛 무차별 소프트 브레이킹 항을 가진 CMM SO(10) 초대칭 GUT 기반이다.
• 톱 양자수 상수의 반사적 보정은 특히 오른쪽 끈-쿼크 스쿼크와 왼쪽 렙톤 스넬로의 비균일한 스퍼미온 질량을 유도한다.
• PMNS 혼합 행렬은 오른쪽 끈-쿼크 및 스넬로 질량 행렬의 맛 구조를 결정하며, 렙톤 및 하드론 맛 부문을 연결한다.
• 분석은 글루아노와 오른쪽 끈-쿼크를 포함한 상자 다이어그램을 통해 $B_s$-$\overline{B}_s$ 혼합을 계산하고, 카이아노와 스넬로의 교환을 통해 $\tau \to \mu\gamma$를 계산한다.
• $\mu$-파라미터에 대한 의존성을 명시적으로 추적하여 그가 $\tau \to \mu\gamma$를 억제하면서도 큰 $B_s$ 혼합을 허용하는 데 어떤 역할을 하는지 평가한다.
• 논문은 QCD 인과성 분해를 사용하여 $b \to s$ 펜타곤 붕괴에 대한 크로모자기 펜타곤 연산자의 기여를 추정하며, 표준모형 진폭과의 간섭을 포함한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CMM 초대칭 SO(10) 모델에서 표준모형에 비해 $B_s$-$\overline{B}_s$ 질량 차이가 한 수준 증가할 수 있는가?
• RQ2 이 모델에서 현재 실험적 제약에 의해 $\tau \to \mu\gamma$ 렙톤 맛 위반이 어느 정도 제약을 받는가?
• RQ3 $\mu$-파라미터가 $B_s$ 혼합과 $\tau \to \mu\gamma$ 사이의 상호작용에 어떤 영향을 미치며, 둘 다 타당하게 유지될 수 있도록 하는가?
• RQ4 이 모델의 새로운 물리 기여로 인해 $B_d \to M K_S$ 붕괴에서 시간에 따라 변화하는 CP 비대칭성이 관측된 차이를 설명할 수 있는가?
• RQ5 짝성 부정의 크로모자기 펜타곤 연산자 $Q_{8g}'$는 $b \to s$ 펜타곤 붕괴 진폭을 어떻게 수정하는가?

주요 결과

• CMM 초대칭 SO(10) 모델에서 표준모형을 초월해 $B_s$-$\overline{B}_s$ 질량 차이가 한 수준 증가하는 것이 가능하다.
• 유리한 $\mu$-파라미터 의존성 덕분에 모델은 $\tau \to \mu\gamma$의 엄격한 실험 제약을 동시에 만족시킬 수 있다. 이는 렙톤 맛 위반 진폭을 억제하기 때문이다.
• $\mu < -600\,\text{GeV}$일 경우, $\tau \to \mu\gamma$에서 오는 제약은 무시할 수 있을 정도로 작아지며, 이로 인해 큰 $B_s$ 혼합이 유지된다.
• 크로모자기 펜타곤 연산자 $Q_{8g}'$는 표준모형 진폭에 대해 ${\cal O}(1)$ 정도의 보정 기여를 할 수 있으며, 이는 $B_s$ 혼합 위상과 관련된 새로운 위상 $\theta$를 도입한다.
• $B_d \to M K_S$ 붕괴에서 시간에 따라 변화하는 CP 비대칭성은 새로운 펜타곤 기여가 지배할 경우 $\sin(2\beta + 2\theta)$를 측정할 수 있으며, 이는 모델의 잠재적 검증 수단이 된다.
• $B_d \to X_s \gamma$ 및 $B_d \to X_s l^+l^-$에서 이론적 불확실성이 크며, 이 모델에서는 이러한 모드에서 강력한 제약이 기대되지 않는다.