[논문 리뷰] FCNC Processes in the Littlest Higgs Model with T-Parity: an Update

Monika Blanke, Andrzej J. Buras외 3명|arXiv (Cornell University)|2009. 06. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 93인용 수 42

한 줄 요약

이 논문은 새로운로 식별된 $\mathcal{O}(v^2/f^2)$ 기여를 $Z^0$-펜그린 다이어그램에 포함시켜 이전 결과에서 발생하는 로그형 UV 절단에 대한 의존성을 제거함으로써 Littlest Higgs 모형에 T-대칭을 도입한(LHT) 모델을 업데이트한다. 이전 결과와 비교해 레프톤-플레버 위반 붕괴의 분해율이 거의 한 계급 감소했음에도 불구하고, 모형은 $K\to\pi\nu\bar{\nu}$, $K_L\to\pi^0\ell^+\ell^-$, $S_{\psi\phi}$에서 여전히 크고 두드러진 영향을 예측하며, 캐스티오달 RS 모형과는 다른 상관관계를 보인다.

ABSTRACT

We update our 2006-2007 results for FCNC processes in the Littlest Higgs model with T-parity (LHT). The removal of the logarithmic UV cutoff dependence in our previous results through a new contribution to the Z^0-penguin diagrams identified by Goto et al. and del Aguila et al., while making the deviations from the SM expectations in the quark sector less spectacular, still allows for sizable new physics effects in K -> pi nu anti-nu and K_L -> pi^0 l^+ l^- decays and in the CP-asymmetry S_{psi phi} with the latter unaffected by the new contribution. We extend our analysis by a study of the fine-tuning required to fit the data on epsilon_K and by the inclusion of the decay K_L -> mu^+ mu^-. A number of correlations can distinguish this model from the custodially protected Randall-Sundrum model analysed recently. We also reconsider lepton flavour violating decays, including now a discussion of fine-tuning. While the l_i -> l_j gamma decays are unaffected by the removal of the logarithmic cutoff dependence, the branching ratios for decays with three leptons in the final state, like mu -> 3 e are lowered by almost an order of magnitude. In spite of this, the pattern of lepton flavour violation in the LHT model can still be distinguished from the one in supersymmetric models.

연구 동기 및 목표

• 최근에 식별된 $Z^0$-펜그린 다이어그램에 대한 $\mathcal{O}(v^2/f^2)$ 기여를 포함시켜 이전의 FCNC 및 LFV 예측을 수정하고 업데이트하는 것.
• 이전 결과에서 문제시되었던 로그형 UV 절단 의존성을 제거함으로써 모형의 예측 능력을 향상시키는 것.
• μ→eγ 및 μ→3e의 미세조정 추정치를 포함한 레프톤-플레버 위반을 재평가하고, $K_L\to\mu^+\mu^-$ 붕괴를 포함하는 것.
• LHT 모형과 캐스티오달 보호를 받는 Randall-Sundrum 모형 간의 비교를 통해 플레버 관측량에서의 특징적인 상관관계를 부각하는 것.
• 특히 LHC 및 MEG 실험의 현재 및 향후 결과를 고려하여 LHT 모형의 현상학적 타당성을 평가하는 것.

제안 방법

• Goto 등과 del Aguila 등이 식별한 새로운 $\mathcal{O}(v^2/f^2)$ 기여를 $Z^0$-펜그린 다이어그램에 포함시켜 이전 LHT 계산에서 발생하는 로그형 UV 절단 의존성을 상쇄시키는 것.
• fermion에 대한 $Z_L$, $W_L$, $Z_H$, $A_H$ 결합의 피드포워드 규칙을 재수정하여 $v^2/f^2$ 비례 보정항과 $U(1)_i$ 전하 재정의에 따른 부호 변화를 포함하는 것.
• 붕괴 진폭에서 발산하는 $z_i S_{\text{odd}}$ 항을 유한한 표현식으로 대체: $ z_i \left( \frac{z_i^2 - 2z_i + 4}{(1 - z_i)^2} \log z_i + \frac{7 - z_i}{2(1 - z_i)} \right) $, 여기서 $ z_i = m_H^{i2}/M_{W_H}^2 $.
• 최신 입력 매개변수를 사용한 수치 분석을 수행하여 $\varepsilon_K$, $B \to X_s\gamma$, $d_n$ 등의 제약 조건을 반영해 $\mu\to e\gamma$ 및 $\mu\to 3e$ 붕괴에서의 미세조정을 평가하는 것.
• 이전 연구에서 고려되지 않았던 $K_L \to \mu^+\mu^-$ 붕괴를 분석에 포함시키는 것.
• LHT 모형의 예측을 캐스티오달 RS 모형과 비교하여 $K \to \pi\nu\bar{\nu}$, $S_{\psi\phi}$, 그리고 LFV 분해율에서의 상관관계에 집중하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 새로운 $\mathcal{O}(v^2/f^2)$ 보정이 LHT 모형에서 희귀 케이온 붕괴 예측의 UV 절단 의존성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 로그형 UV 절단 의존성을 제거한 후 $K\to\pi\nu\bar{\nu}$, $K_L\to\pi^0\ell^+\ell^-$, $K_L\to\mu^+\mu^-$의 분해율은 어떻게 업데이트되었는가?
• RQ3 $\mathcal{O}(v^2/f^2)$ 보정을 포함한 후 $\mu\to e\gamma$ 및 $\mu\to 3e$ 붕괴의 예측은 어떻게 변화하였으며, 필요한 미세조정은 얼마인가?
• RQ4 플레버 관측량의 상관관계를 바탕으로 LHT 모형을 캐스티오달 보호를 받는 Randall-Sundrum 모형과 구별할 수 있는가?
• RQ5 새로운 보정이 삼중 레프톤 LFV 붕괴에서 $Z^0$-펜그린 다이어그램과 박스 다이어그램이 도플러 연산자보다 우세한 정도에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 새로운 $\mathcal{O}(v^2/f^2)$ 보정을 포함함으로써 $Z^0$-펜그린 진폭에서 로그형 UV 절단 의존성이 완전히 제거되어 LHT 모형의 예측이 더 견고하고 알려지지 않은 UV 물리에 덜 민감해졌다.
• $\mu\to 3e$의 분해율은 이전 추정치보다 거의 한 계급 감소했지만, $f < 1\,\text{TeV}$일 경우 슈퍼B 시설에서 관측 가능할 수 있다.
• 억제되었음에도 불구하고 LHT 모형은 여전히 $K\to\pi\nu\bar{\nu}$ 및 $K_L\to\pi^0\ell^+\ell^-$에서 크고 두드러진 영향을 예측하며, $\text{BR}(K_L\to\pi^0\ell^+\ell^-)$는 표준모형 예측보다 최대 10배까지 증가한다.
• $S_{\psi\phi}$의 CP 비대칭은 새로운 보정에 영향을 받지 않아 LHT 모형에서 뉴트론 물리의 민감도를 유지한다.
• 삼중 레프톤 LFV 붕괴에서 $Z^0$-펜그린 다이어그램과 박스 다이어그램이 도플러 연산자보다 우세한 것은 MSSM에서 도플러 연산자가 지배하는 것과 대비해 LHT 모형의 특징적인 특성이다.
• $\tau\to\mu(e)\pi$, $\eta$, $\eta'$ 붕괴에 대한 모형의 예측은 새로운 보정으로 인해 5배 감소했지만, 여전히 표준모형 대비 크게 증가해 슈퍼B 시설에서 관측 가능할 수 있다.