[논문 리뷰] Lepton Flavor Violation in the LHT - A Clear Distinction from Supersymmetry

Bjoern Duling|ArXiv.org|2007. 09. 27.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 3인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 T-수반 대칭을 가진 최소한의 힉스 모형(LHT)에서 렙톤 편미분 위반(LFV)을 조사하며, 특히 $ R = \frac{Br(\tau \to eee)}{Br(\tau \to \mu\mu\mu)} \frac{Br(\tau \to \mu e e)}{Br(\tau \to e\mu\mu)} $와 같은 분해비율 상관관계가 LHT에서는 주로 Z-펜구인 및 박스 도형에 의해 지배되어 거의 1에 수렴함을 보여주며, 이는 초대칭 모형(MSSM)과는 대조적으로, 여기서는 두극자 연산자가 지배하여 비율이 1에서 크게 벗어남을 시사한다. 이는 모형 간의 명확한 구별 신호를 제공한다.

ABSTRACT

The Littlest Higgs Model with T-Parity (LHT) contains new sources of flavor and CP violation both in the quark and lepton sector. These have their origin in interactions of ordinary fermions with mirror fermions mediated by new heavy gauge bosons. Large deviations from the Standard Model (SM) are to be expected in the lepton sector where tiny neutrino masses suppress the SM predictions by many orders of magnitude below the experimentally accessible level. Here we give a brief summary of LFV processes relevant for the foreseeable future and point out that correlations between branching ratios of LFV decays in the LHT exhibit a structure vastly different from their analogues in the MSSM, thus allowing for a transparent distinction between these two models.

연구 동기 및 목표

• 새로운 편미분 위반 상호작용에 민감한 표준모형 페르미온 간의 렙톤 편미분 위반(LFV) 과정을 식별하고 분석하기 위해.
• LHT에서의 LFV 분해비율 상관관계의 구조를 MSSM과 비교하여, 두극자 대비 펜구인/박스 기여의 역할에 초점을 맞추기 위해.
• LHT가 초대칭 모형과 근본적으로 다름을 보이는 측정 가능한 LFV 붕괴율 비율을 예측함으로써 명확한 모형 구별이 가능하도록 하기 위해.
• LHT에서 오른쪽 수류 전류가 없고 Z-펜구인 도형이 지배함으로써 LFV 붕괴율의 고유한 패턴이 유도됨을 보여주기 위해.
• $\mu \to e\gamma$, $\mu \to eee$, 그리고 핵에서의 $\mu$-e 변환과 같은 저에너지 LFV 실험을 통해 LHT와 MSSM을 구별할 수 있는 프레임워크를 제공하기 위해.

제안 방법

• T-홀수 게이지 보손($W_H^\pm, Z_H, A_H$)과 미러 페르미온(미러 렙톤)이 표준모형 페르미온 간의 편미분 위반 상호작용을 매개함을 분석하기 위해.
• 세 개의 혼합 각도 $\theta_{ij}^\ell$와 세 개의 복소 위상 $\delta_{ij}^\ell$로 매개화된 미러 렙톤 혼합 행렬 $V_{H\ell}$을 사용하여 LFV 진폭을 계산하기 위해.
• Z_H, $W_H^\pm$, $A_H$ 게이지 보손을 포함한 한계 도형을 통해 LFV 붕괴 진폭을 평가하며, 주로 Z-펜구인 및 박스 도형이 기여함을 확인하기 위해.
• Z-펜구인 및 박스 기여의 지배를 확인하기 위해 $ R = \frac{Br(\tau \to eee)}{Br(\tau \to \mu\mu\mu)} \frac{Br(\tau \to \mu e e)}{Br(\tau \to e\mu\mu)} $와 같은 분해비율의 비율을 계산하기 위해.
• LHT 예측을 Higgs 기여가 크거나 작은 경우에 대해 MSSM과 비교하여, 연산자 지배의 차이를 부각하기 위해.
• 각성도 분포 분석 및 $\tau$ 붕괴에서 달리츠 플롯 분석을 통해 케이랄 성질과 상대 위상 정보를 추출하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHT와 MSSM 간의 $\mu \to e\gamma$, $\mu \to eee$, $\tau \to \ell\ell\ell$와 같은 LFV 붕괴에서 분해비율 상관관계는 어떻게 다를까?
• RQ2 LHT에서 LFV 과정의 주요 기여는 무엇인가? 두극자, Z-펜구인, 또는 박스 도형이며, 이는 예측된 분해비율 패턴에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 비율 $ R = \frac{Br(\tau \to eee)}{Br(\tau \to \mu\mu\mu)} \frac{Br(\tau \to \mu e e)}{Br(\tau \to e\mu\mu)} $이 LHT와 MSSM을 청소구별할 수 있는 청소 신호가 될 수 있는가?
• RQ4 LHT에서 오른쪽 수류 전류가 없고 T-홀수 보손이 지배함으로써 초대칭과 비교해 어떤 정도로 기대되는 LFV 현상학이 변화하는가?
• RQ5 미래의 저에너지 LFV 실험, 예를 들어 핵에서의 $\mu$-e 변환 또는 편광된 $\mu \to e\gamma$를 통해 다양한 붕괴 모드의 상대 크기를 기반으로 LHT와 MSSM을 구별할 수 있는가?

주요 결과

• LHT 모형에서 비율 $ R = \frac{Br(\tau \to eee)}{Br(\tau \to \mu\mu\mu)} \frac{Br(\tau \to \mu e e)}{Br(\tau \to e\mu\mu)} $는 $ 0.8 \lesssim R_{\text{LHT}} \lesssim 1.2 $로 예측되며, 이는 $\mu$와 $e$ 최종 상태 간의 거의 대칭성을 나타낸다.
• 반면 MSSM에서 두극자 연산자가 지배하는 경우 $ R_{\text{MSSM}} \simeq 20 $로 나타나, 로그 증폭된 두극자 기여로 인해 $\mu$-$e$ 비대칭성이 뚜렷하게 나타난다.
• LHT에서는 두극자 연산자가 무시할 수 있을 정도로 작고, Z-펜구인 및 박스 도형이 LFV 진폭을 지배함으로써 MSSM과는 근본적으로 다른 연산자 구조를 가짐을 확인한다.
• 비율 $ \frac{Br(\mu \to eee)}{Br(\mu \to e\gamma)} $는 LHT에서는 $ \mathcal{O}(1) $ (0.4–2.5)이지만, MSSM에서는 심지어 중요한 힉스 기여가 있어도 약 $ \sim 10^{-3} $로 억제됨을 보여준다.
• 비율 $ \frac{Br(\tau \to \mu\mu\mu)}{Br(\tau \to \mu e e)} $는 LHT에서는 $ \sim 1.2 \text{ to } 1.6 $이지만, MSSM에서는 $ \sim 0.2 $로 나타나, 연산자 지배의 차이를 더욱 명확히 드러낸다.
• 핵에서의 $\mu$-e 변환율이 $Br(\mu \to e\gamma)$와 같은 수준에서 측정된다면, 오직 오른쪽 수류 전류가 없고 고유한 편미분 구조를 지닌 LHT 물리가 아니라면 MSSM을 지지하지는 않을 것이다.