[논문 리뷰] Lepton flavor violating Higgs boson decays in the MSSM-seesaw

E. Arganda, Ana M. Curiel외 2명|ArXiv.org|2004. 11. 03.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 5인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 뉘트리노 질량이 세 개의 오른쪽 수체 뉘트리노와 그 초대칭 파artner를 포함하는 MSSM-seesaw 모형에서 seesaw 메커니즘을 통해 발생하는 렙톤 측면 위반 힉스 보손 붕괴(LFVHD)를 조사한다. 일중 계산을 통해 현재의 $ \mu \to e\gamma $, $ \tau \to \mu\gamma $, $ \tau \to e\gamma $ 붕괴에 대한 제약 조건과 일치하는 매개변수 영역에서 $ H^0, A^0 \to \tau\bar{\mu} $의 분해율이 최대 $ 10^{-5} $에 도달할 수 있음을 발견하였으며, 향후 실험에서 검출 가능한 신호임을 시사한다.

ABSTRACT

Lepton flavor violating Higgs boson decays (LFVHD) are studied in the context of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) enlarged with three right handed neutrinos and their supersymmetric partners, and with the neutrino masses being generated by the seesaw mechanism. We compute the partial widths for these decays to one-loop order and analyze numerically the corresponding branching ratios in terms of the MSSM and seesaw parameters. We analyze in parallel the lepton flavor changing $ł_j o l_i γ$ decays and explore the maximum predicted rates for LFVHD, mainly for $H^0,A^0 o τ{\bar μ}$ decays, by requiring compatibility with neutrino and $BR(ł_j o l_i γ)$ data. We find LFVHD ratios of up to $10^{-5}$ in some regions of the MSSM-seesaw parameter space.

연구 동기 및 목표

• 세 개의 오른쪽 수체 뉘트리노와 그 초대칭 파artner를 포함하는 MSSM-seesaw 모형에서 뉘트리노 질량이 seesaw 메커니즘을 통해 생성되는 렙톤 측면 위반 힉스 보손 붕괴(LFVHD)를 연구하기 위해.
• MSSM-seesaw 프레임워크 내에서 $ H^0, A^0 \to \tau\bar{\mu} $, $ \tau\bar{e} $, $ \mu\bar{e} $ 붕괴에 대한 일중 부분 폭을 계산하기 위해.
• MSSM 및 seesaw 매개변수, 특히 $ M_0 $, $ M_{1/2} $, $ \tan\beta $, $ m_{N_i} $, 그리고 뉘트리노 혼합을 기술하는 복소 정규직교 행렬 $ R $를 고려하여 분해율을 수치적으로 분석하기 위해.
• 특히 가장 제약이 강한 $ \tau \to \mu\gamma $ 채널을 중심으로, $ \mu \to e\gamma $, $ \tau \to \mu\gamma $, $ \tau \to e\gamma $ 붕괴에 대한 실험적 제약 조건과의 일관성을 확보하기 위해.

제안 방법

• 차가리노, 뉴트럴리노, 그리고 스퍼미온 루프 기여를 포함한 MSSM-seesaw 라그랑지안을 사용하여 LFVHD의 일중 부분 폭를 계산하기 위해.
• light 뉘트리노 질량 $ m_{\nu_i} $를 디르락 질량 행렬 $ m_D $, 오른쪽 수체 뉘트리노 질량 행렬 $ m_M $, 그리고 유니터리 혼합 행렬 $ U_{MNS} $와 연결하기 위해 seesaw 메커니즘을 사용하기 위해.
• 복소 각도 $ \theta_i $ 세 개를 통해 혼합 행렬 $ R $를 매개변수화하기 위해, $ R $는 $ M_X \sim 2 \times 10^{16} $ GeV에서 $ m_M $까지의 RGE 러닝에 의한 스레프톤-렙톤 불일치를 기록한다.
• 고정된 전역 피팅을 통한 뉘트리노 매개변수를 기반으로 $ \tan\beta $, $ m_N $, $ M_0 $, $ M_{1/2} $, $ R $에 대한 분해율의 수치적 분석을 수행하기 위해.
• 실험적 상한을 동시에 적용하기 위해: $ BR(\mu \to e\gamma) < 1.2 \times 10^{-11} $, $ BR(\tau \to \mu\gamma) < 3.1 \times 10^{-7} $, $ BR(\tau \to e\gamma) < 2.7 \times 10^{-6} $.
• LFVHD 비율과 $ \tau \to \mu\gamma $ 붕괴 비율을 비교하여, 둘 다 데이터와 일치하는 매개변수 영역을 식별하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 현재의 LFV 렙톤 붕괴 데이터와 일치하는 조건에서 MSSM-seesaw 모형에서 $ H^0, A^0 \to \tau\bar{\mu} $ 붕괴의 최대 분해율은 얼마인가?
• RQ2 LFVHD 비율의 $ \tan\beta $ 의존성은 $ \tau \to \mu\gamma $ 붕괴 비율과 어떻게 비교되며, $ \tan\beta $ 는 LFVHD를 강화하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 MSSM-seesaw 매개변수 공간의 어떤 영역에서 LFVHD 비율이 $ \sim 10^{-5} $에 도달하며, 이는 $ M_0 $, $ M_{1/2} $, $ m_N $ 에 어떻게 의존하는가?
• RQ4 복소 각도 $ \theta_2 $를 통해 $ R $ 행렬에 포함된 복소 위상은 LFVHD와 $ \tau \to \mu\gamma $ 비율에 어떤 영향을 미치며, 어떤 제약 조건을 부과하는가?
• RQ5 $ \tau \to \mu\gamma $ 붕괴가 높은 SUSY 입자 탈리프링으로 인해 억제되더라도 LFVHD 비율이 여전히 크기가 유지될 수 있는가? 이는 힉스 결합의 탈리프링이 일어나지 않는다는 것을 시사하는가?

주요 결과

• 복소 $ R $와 $ \theta_2 \neq 0 $ 조건 하에서 계단형 뉘트리노 시나리오에서 특정 매개변수 선택에 따라 $ H^0, A^0 \to \tau\bar{\mu} $ 붕괴의 분해율은 최대 $ 5 \times 10^{-5} $에 도달할 수 있다.
• 계단형 뉘트리노와 $ \tan\beta = 50 $ 조건에서, $ \tau \to \mu\gamma $ 데이터를 적용하면 $ \theta_2 $ 매개변수 공간의 억제로 인해 $ H^0 \to \tau\bar{\mu} $의 최대 允許된 분해율은 $ 5 \times 10^{-8} $로 감소한다.
• $ BR(H^0 \to \tau\bar{\mu}) $ 비율은 약 $ (\tan\beta)^4 $ 비례하여 증가하므로, 특히 큰 $ \tan\beta $ 값에서 매우 민감하게 의존한다.
• $ M_0 \simeq 2000 $ GeV 및 $ M_{1/2} \simeq 2000 $ GeV 조건에서도 $ BR(H^0 \to \tau\bar{\mu}) \sim 4 \times 10^{-6} $가 유지되어, 중간 SUSY 입자들이 LFVHD에서 탈리프링되지 않는다는 것을 시사한다.
• $ M_0 $ 및 $ M_{1/2} $ 증가에 따라 $ BR(\tau \to \mu\gamma) $ 비율은 급격히 감소하며, 약 $ M_0 \simeq 1100 $ GeV에서 탈리프링이 일어나지만, $ BR(H^0 \to \tau\bar{\mu}) $ 는 비교적 안정되어 있다.
• $ \theta_{13} = 5^\circ $ 조건에서 $ BR(\mu \to e\gamma) \sim 1.8 \times 10^{-8} $로 계산되며, 이는 실험적 상한을 초과하므로 $ \theta_{13} \neq 0 $ 조건은 다른 매개변수를 조정하지 않으면 모형을 강하게 제약한다.