[논문 리뷰] Lepton flavor violation beyond the MSSM

Avelino Vicente|arXiv (Cornell University)|2015. 03. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 201인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 최소 초대칭 표준모형(MSSM)을 초월한 초대칭 모형에서 렙톤 편미분 위반(LFV)을 검토하며, 고에너지 스케일 및 저에너지 스케일의 세우 메커니즘과 R-포지티비티 위반 사례에 초점을 맞춘다. 이 확장된 모형들에서의 LFV 현상학은 $μ\to e\gamma$ 및 $μ\to eJ$와 같은 큰 분해비율을 보이며, 이는 MSSM 예측과 상당히 다름을 보여주어 새로운 물리학을 식별하기 위해 표준 채널 외의 전용 실험적 탐색이 필요하다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

Most extensions of the Standard Model lepton sector predict large lepton flavor violating rates. Given the promising experimental perspectives for lepton flavor violation in the next few years, this generic expectation might offer a powerful indirect probe to look for new physics. In this review we will cover several aspects of lepton flavor violation in supersymmetric models beyond the Minimal Supersymmetric Standard Model. In particular, we will concentrate on three different scenarios: high-scale and low-scale seesaw models as well as models with R-parity violation. We will see that in some cases the LFV phenomenology can have characteristic features for specific scenarios, implying that dedicated studies must be performed in order to correctly understand the phenomenology in non-minimal supersymmetric models.

연구 동기 및 목표

• MSSM을 초월한 확장된 초대칭 모형에서의 LFV 현상학을 분석하기 위해.
• 고에너지 스케일 및 저에너지 스케일의 세우 모형에서 특징적인 LFV 서명을 식별하기 위해.
• R-포지티비티 위반이 LFV 과정에 미치는 영향을 검토하기 위해.
• 현재 및 향후 실험에서 $\mu\to eJ$ 및 $\mu\to eJ\gamma$와 같은 이국적인 LFV 붕괴를 탐지할 수 있는 가능성 평가하기 위해.

제안 방법

• 확장된 중성미온 질량 생성 메커니즘을 통해 고에너지 스케일 세우 모형을 분석한다.
• 스터일 중성미온과 테브 스케일 이하의 세우 스케일을 갖는 초대칭 역세우를 조사한다.
• 초합성의 슈퍼파텐셜에서 R-포지티비티의 명시적 및 자발적 위반을 통해 R-포지티비티 위반 모형을 평가한다.
• 효과적 필드 이론과 이중 힉스 두중체 확장 방식을 사용하여 LFV 커플링을 모델링한다.
• 분해비율을 추정하기 위해 위상공간 적분과 붕괴 폭 계산을 적용한다.
• 운동학적 컷과 배경 모델링을 사용하여 MEG의 실험 감도를 이국적인 LFV 채널과 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고에너지 스케일 세우 모형에서의 LFV 비율은 MSSM과 어떻게 다를까?
• RQ2 저에너지 스케일 세우 사례에서의 LFV는 어떤 독특한 현상학적 특징을 갖는가?
• RQ3 LHC 제약 조건에도 불구하고 R-포지티비티 위반 모형이 관측 가능한 LFV 신호를 생성할 수 있는가?
• RQ4 현재의 실험, 예를 들어 MEG는 $\mu\to eJ\gamma$와 같은 이국적인 LFV 붕괴에 얼마나 민감한가?
• RQ5 v_R가 테브 스케일 이하일 경우 $\mu\to eJ$ 붕괴를 탐지하기 위해 어떤 실험적 개선이 필요한가?

주요 결과

• 고에너지 스케일 세우 모형은 무거운 오른쪽 수동 중성미온의 교환으로 인해 큰 LFV 비율을 예측하며, $v_R\sim 10^9$ GeV일 경우 $\text{BR}(\mu\to e\gamma)\sim 10^{-11}$이다.
• 저에너지 스케일 세우 모형, 특히 초대칭 역세우는 가벼운 스테일 중성미온으로 인해 관측 가능한 $\text{BR}(\mu\to e\gamma)$를 $10^{-12}$ 수준까지 낼 수 있다.
• v_R\sim 1$ 테브일 경우 R-포지티비티 위반 모형은 $\text{BR}(\mu\to eJ)\sim 10^{-5}$를 예측하지만, 현재의 제약 조건은 약한 편이다 ($\lesssim 10^{-5}$).
• MEG의 엄격한 운동학적 컷 조건 하에서 $\mu\to eJ\gamma$의 위상공간 적분은 매우 작다 ($\sim 6\times10^{-10}$), 이는 비용 경계 조건을 완화하지 않는 한 탐지가 거의 불가능하다는 것을 의미한다.
• 비행 중의 뮤온 상호작용 배경이 $\mu\to eJ\gamma$ 탐지 감도를 심각하게 제한하므로, 탐지 가능성을 확보하기 위해 향상된 시간 해상도가 필수적이다.