[논문 리뷰] Lepton-flavour violation in the light of leptogenesis and muon g-2

Motoi Endo, Tetsuo Shindou|ArXiv.org|2008. 05. 07.

Computational Physics and Python Applications참고 문헌 1인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 계단형 오른쪽-handed 중성미오 질량을 가진 초대칭 봉우리 모형에서 관측된 뮤온의 비정상 자기모멘트($g-2$)의 격리가, 렙톤- flavour 위반을 암시함을 보여준다. 이는 $\text{Br}(\mu \to e\gamma)$가 향후 실험에서 감지될 정도로 일반적으로 크다는 것을 예측하며, renormalization group evolution와 렙톤 생성론 제약 조건을 통해 $g$-2 이상과 관측 가능한 렙톤- flavour 위반 과정을 연결한다.

ABSTRACT

A discrepancy between the experimental and theoretical results was reported for the anomalous magnetic moment of the muon. In leptogenesis scenarios which are due to a decay of right-handed neutrinos, this anomaly leads to large violations of lepton flavour within the framework of supersymmetric see-saw models. It is shown that for a hierarchical right-handed neutrino mass spectrum, we generically expect to observe μ o e γin the near future experiment.

연구 동기 및 목표

• 초대칭 봉우리 모형에서 뮤온 $g-2$ 이상과 렙톤- flavour 위반 과정 간의 상관관계를 탐색한다.
• 관측된 $g-2$ 격리가 렙톤 생성론의 맥락에서 감지 가능한 $\bm{\mu\to e\gamma}$ 분해비율을 암시하는지 평가한다.
• 계단형 오른쪽-handed 중성미오 질량을 가정할 때, 모형 독립적인 $\bm{\text{Br}}(\bm{\mu\to e\gamma})$의 하한을 유도한다.
• 색조 위반 기여의 잠재적 상쇄가 있을 경우 이러한 예측의 강건성을 평가한다.
• 우주론적 제약 조건, 특히 렙톤 생성론을 통한 비대칭성 생성이 관측 가능한 렙톤- flavour 위반의 가능성에 미치는 영향을 검토한다.

제안 방법

• GUT 스케일에서 오른쪽-handed 중성미오 스케일까지 소프트 SUSY 파괴 매개변수를 일주위 반복군 방정식을 사용해 진화시킨다.
• 계단형 오른쪽-handed 중성미오 질량을 가진 봉우리 메커니즘을 적용하여, 중성미오 양자수 상수를 통한 렙톤- flavour 위반 기여를 계산한다.
• RGE 유도 스피오론 혼합을 포함한 공식을 사용해 분해비율 $\bm{\text{Br}}(\bm{\mu\to e\gamma})$를 평가한다. 이 공식은 $\bm{\left|(Y_N^\dagger Y_N)_{12}\right|^2 \tan^2\beta / m_{\text{SUSY}}^4}$ 비례한다.
• 치아린오/중성미오 루프를 통해 $g$-2 이상 기여를 계산하며, 이는 $\bm{\delta a_\mu \propto m_\mu^2 \tan\beta / m_{\text{SUSY}}^2}$ 의존성에 기초한다.
• 성공적인 렙톤 생성론을 위해, 관측된 양성자 비대칭을 생성하기 위해 CP 비대칭 $\bm{\epsilon_1 \gtrsim 2\times10^{-6}}$ 가 요구됨을 제약 조건으로 적용한다.
• 자기 상쇄가 없을 경우를 가정하여, $g$-2와 렙톤 생성론의 일관성을 유지하기 위해 $\bm{\text{Br}}(\bm{\mu\to e\gamma})$의 하한을 도출한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 뮤온 $g-2$ 이상이 초대칭 봉우리 모형 내에서 감지 가능한 신호로 이어질 수 있는가? $\bm{\mu\to e\gamma}$의 경우에 대해.
• RQ2 성공적인 렙톤 생성론에서의 제약 조건이 $\bm{\text{Br}}(\bm{\mu\to e\gamma})$의 하한을 어떻게 형성하는가?
• RQ3 큰 $g$-2 이상이 존재함에도 불구하고, 색조 위반 진폭의 상쇄가 $\bm{\text{Br}}(\bm{\mu\to e\gamma})$를 얼마나 억제할 수 있는가?
• RQ4 메신저 스케일이 오른쪽-handed 중성미오 스케일에 비해 어떻게 영향을 미치는가? 이는 렙톤- flavour 위반의 억제 또는 증폭을 초래하는가?
• RQ5 만약 $\bm{\mu\to e\gamma}$가 향후 관측된다면, $\bm{\tau\to\mu\gamma}$와 $\bm{\tau\to e\gamma}$에 대한 영향은 어떠한가?

주요 결과

• 계단형 오른쪽-handed 중성미오 질량을 가진 경우, $\bm{\text{Br}}(\bm{\mu\to e\gamma})$는 $\bm{\tan\beta > 10}$ 이면 $\bm{10^{-13}}$을 초과하는 것으로 일반적으로 예측된다.
• 오른쪽-handed 중성미오 질량 비율 $\bm{M_2/M_1 > 30}$ 이며 $\bm{\delta a_\mu > 2.1\times10^{-9}}$ 이면, $\bm{\text{Br}}(\bm{\mu\to e\gamma})$의 하한은 $\bm{> 10^{-13}}$ 으로 확인되며, 이는 렙톤 생성론에서 요구하는 $\bm{\epsilon_1 \gtrsim 2\times10^{-6}}$ 와 일관된다.
• 오른쪽-handed 중성미오의 색조 구조가 $\bm{|(Y_N^\dagger Y_N)_{12}|}$ 를 억제하지 않는 한, 예측은 상쇄에 대해 강건하다. 그렇지 않으면 분해비율이 감소할 수 있다.
• 메신저 스케일이 오른쪽-handed 중성미오 스케일에 가까운 경우, 약한 로그 의존성으로 인해 렙톤- flavour 위반이 억제되어, 큰 $g$-2 이상이 존재함에도 불구하고 감지되지 않을 수 있다.
• 비균형 또는 준균형 오른쪽-handed 중성미오 스펙트럼에서는 더 큰 CP 비대칭이 가능하여, 기본 하한을 초월해 $\bm{\text{Br}}(\bm{\mu\to e\gamma})$ 를 더욱 증가시킬 수 있다.
• 향후 $\bm{\mu\to e\gamma}$ 가 관측된다면, 이는 특히 $\bm{\tau\to\mu\gamma}$와 $\bm{\tau\to e\gamma}$ 도 함께 관측될 경우, 양성자 비대칭의 렙톤 생성론 기원을 강력히 지지할 것이다.