[논문 리뷰] Hadronic vs leptonic flavor and CP violation in SUSY SO(10)

Sebastian Jäger, Ulrich Nierste|ArXiv.org|2004. 10. 27.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 대기 중 뉴트리노 혼합 각도가 크기 때문에 오른쪽 수동 쿼크의 바텀 및 스트레인지 쿼크 섹터에서 상당한 풍미 위반을 유도하는 초대칭 SO(10) 대통일 이론(SUSY SO(10)) 모델을 조사한다. 양자역학적 군 수축에 따라 이는 $B_s$-$\overline{B}_s$ 혼합과 $BR(\tau \to \mu\gamma)$에 큰 기여를 유도하며, 후자는 실험적 제약 조건에 의해 제한된다. 반면 $B_d \to \phi K_S$는 상당한 CP 위반 효과를 보일 수 있다.

ABSTRACT

We study hadronic and leptonic flavor physics in a SUSY SO(10) model proposed by Chang, Masiero, and Murayama, which links b -> s transitions to the observed large atmospheric neutrino mixing angle. We find large effects in B_s-B_s-bar mixing and BR(tau -> mu gamma) and comment on B_d -> phi K_S.

연구 동기 및 목표

• SUSY SO(10)에서 큰 대기 중 뉴트리노 혼합이 강입자 섹터에서 관측 가능한 풍미 변화 효과를 어떻게 유도할 수 있는지 탐색하기 위해.
• CMM 모델의 풍미 구조가 $B_s$-$\overline{B}_s$ 혼합과 $\tau\to\mu\gamma$ 붕괴 확률에 미치는 영향을 분석하기 위해.
• BR($\tau\to\mu\gamma$)와 $B_d \to \phi K_S$의 CP 비대칭에 대한 실험 제약 조건을 고려할 때 모델의 타당성을 평가하기 위해.
• 오른쪽 수동 스퀴어 쿼크 혼합의 비제약적인 위상이 $B_s$ 붕괴에서 큰 CP 위반 효과를 예측하는지 확인하기 위해.

제안 방법

• 모델은 플랑크 질량과 힉스 필드를 포함하는 차원-5 초대칭 페널티를 사용하여 효과적 양자수의 결합을 생성하며, 이는 뉴트리노 혼합과 쿼크의 풍미 전이를 연결한다.
• 소프트 질량의 러닝을 계산하기 위해 양자군 수축 방정식(RGEs)을 해결하며, 이는 상위 쿼크의 양자수 결합 상수에 의해 비균일한 스퀴어 쿼크 질량을 유도한다.
• 오른쪽 수동 스퀴어 쿼크 혼합 각도는 PMNS 행렬에 의해 결정되며, 큰 대기 중 혼합 각도 $|U_{\mu3}| \approx |U_{\tau3}| \approx 1/2$는 $\tilde{b}_R$와 $\tilde{s}_R$에서 상당한 혼합을 유도한다.
• 글루아노와 스퀴어 쿼크를 포함하는 1-loop 상자 도형을 계산하여 $B_s$-$\overline{B}_s$ 혼합 진폭을 평가하며, RGE 개선 매칭을 통해 윌슨 계수를 유도한다.
• $\tau\to\mu\gamma$ 붕괴 진폭은 효과적 필드 이론 기법을 사용하여 계산되며, 카이아노와 충전 힉스 루프 기여를 포함하고 $\mu$-매개변수를 포함한다.
• QCD 인과성은 $B_d \to \phi K_S$에 적용되어 주로 크로모자기 펜터 기여에서 오는 SUSY 기여를 식별한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CMM 모델에서 큰 대기 중 뉴트리노 혼합 각도가 $B_s$ 시스템에서 관측 가능한 풍미 변화 효과를 유도할 수 있는가?
• RQ2 글루아노-스쿼크 상자 도형은 표준 모형을 초월하여 $B_s$-$\overline{B}_s$ 혼합을 얼마나 강화하는가?
• RQ3 이 SUSY SO(10) 모델에서 $BR(\tau\to\mu\gamma)$의 예측은 무엇이며, 실험 제약 조건과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 이 모델은 $B_s$ 붕괴에서 큰 CP 위반 위상을 생성할 수 있으며, $\tau\to\mu\gamma$ 제약 조건과 호환되는가?
• RQ5 $B_d \to \phi K_S$에 대한 SUSY 기여의 크기는 얼마이며, 시간에 따른 CP 비대칭에서 $\sin(2\beta)$의 편차를 설명할 수 있는가?

주요 결과

• CMM 모델은 큰 대기 중 혼합 각도와 글루아노-스쿼크 상자 도형의 강한 결합으로 인해 표준 모형 대비 $B_s$-$\overline{B}_s$ 혼합을 최대 16배까지 증폭시킨다.
• $\tau\to\mu\gamma$의 붕괴 비율은 매우 크며, $(m_{\tilde{q}}, a_d)$ 평면 상의 등고선은 $10^{-7}$에 가까운 값을 보이며, Belle의 상한값인 $1.1 \times 10^{-7}$에 의해 제약받는다.
• 혼합 매개변수 $\Lambda_3 \approx 1/2$의 위상은 제약이 없어, $B_s \to \psi\phi$와 $B_s \to \psi\eta^{(\prime)}$ 붕괴에서 잠재적으로 큰 CP 위반 효과를 유도할 수 있다.
• $B_d \to \phi K_S$ 붕괴는 주로 크로모자기 펜터 연산자에서 오는 SUSY 기여를 받으며, 이는 표준 모형 진폭에 대해 ${\cal O}(1)$ 정도의 보정을 줄 수 있다.
• 모델은 시간에 따른 $B_d \to \phi K_S$의 CP 비대칭에서 $\sin(2\beta)$로부터의 상당한 편차를 예측하지만, 이는 아직 $\tau\to\mu\gamma$ 제약 조건과 조율되지 않았다.
• 풍미 대칭과 RGEs가 양자수 행렬과 소프트 질량의 구조를 고정하므로, 많은 새로운 매개변수가 있음에도 불구하고 모델은 여전히 예측 가능하다.