[논문 리뷰] mu-->e+gamma Decay Rate in the MSSM with Minimal Flavour Violation

Momchil Davidkov, D. I. Kazakov|arXiv (Cornell University)|2011. 02. 08.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 9인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 최소 초대칭 표준모형(MSSM)에서 최소 flavor 위반(MFV) 프레임워크를 바탕으로 렙톤 편미분 위반 붕괴 μ→eγ의 분열비를 계산한다. 이때 PMNS 혼합 행렬과 중성미자 혼합 각도 θ13의 역할을 강조한다. 붕괴율은 θ13과 tan β에 매우 민감하며, 현재의 실험적 한계가 높은 tan β 시나리오를 강하게 제약한다. 유일한 예외는 θ13가 작을 경우이며, 이는 표준모형을 초월한 새로운 물리의 강력한 탐색 수단이 된다.

ABSTRACT

The branching ratio for the mu-->e+gamma decay in the framework of the minimal flavour violation in the MSSM is calculated for various regions of the MSSM parameter space. The lepton flavour violation goes through the PMNS mixing matrix. The dependence on tanbeta is studied in comparison with experimental data. The results crucially depend on the mixing angle theta_{13}. Observation of this decay would serve as a manifestation of new physics beyond the SM.

연구 동기 및 목표

• 최소 flavor 위반(MFV) 가정 하에 MSSM에서 희귀 렙톤 편미분 위반 붕괴 μ→eγ의 분열비를 계산하는 것.
• 붕괴율이 중성미자 혼합 각도 θ13에 어떻게 의존하는지, 특히 PMNS 행렬을 통한 영향을 조사하는 것.
• 현재 실험적 상한선 Br(μ→eγ)를 이용하여 MSSM 매개변수 공간—특히 m₀, m₁/₂, A₀, tan β—를 제약하는 것.
• μ→eγ 붕괴율과 중성미자 진동 데이터를 고려할 때 MSSM에서의 높은 tan β 시나리오가 얼마나 타당한지 평가하는 것.

제안 방법

• MSSM에서 flavor 변화 중성미자를 억제하기 위해 최소 flavor 위반(MFV) 프레임워크를 사용하여, 렙톤 편미분 위반은 오직 PMNS 혼합 행렬을 통해만 발생하도록 보장한다.
• 치아린오, 양성 히iggs, 스누트리노를 포함한 펜그린 도형을 사용하여 μ→eγ 붕괴 진폭을 계산하며, 주로 스누트리노 루프 기여가 지배적임을 확인한다.
• 세 개의 혼합 각도와 CP 위상으로 구성된 PMNS 행렬 표현을 적용하지만, CP 보존을 가정하고 sin²θ13을 전 세계 피팅 값인 0.016으로 고정한다.
• 세 가지 벤치마크 포인트—(m₀, m₁/₂) = (500, 500), (500, 900), (1500, 250) GeV—에 대해 A₀, tan β, θ13에 따른 분열비의 수치 계산을 수행한다.
• MEG(≤2.8×10⁻¹¹)와 MEGA(≤1.2×10⁻¹¹)의 실험적 상한선과 비교하여 MSSM 매개변수 공간을 제약한다.
• 특정 플롯에서 sin θ13을 자유 매개변수로 간주하여 sin²θ13에 대한 민감도를 분석하며, 분열비가 sin²θ13에 비례하는 것으로 나타낸다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MSSM에서 MFV를 고려할 때 μ→eγ 붕괴율은 중성미자 혼합 각도 θ13, 특히 sin²θ13에 어떻게 의존하는가?
• RQ2 현재 Br(μ→eγ)에 대한 실험적 상한선은 MSSM 매개변수 tan β, A₀, m₀/m₁/₂에 어떤 제약을 가하는가?
• RQ3 μ→eγ 붕괴율이 θ13에 민감하고 현재 실험적 한계가 존재하는 상황에서 MSSM의 높은 tan β 시나리오는 여전히 타당한가?
• RQ4 집중점과 공형이상 소멸 영역을 포함한 MSSM 매개변수 공간의 다양한 영역에서 분열비는 어떻게 변화하는가?
• RQ5 θ13 측정과 함께 고려할 경우, μ→eγ 붕괴율이 다른 희귀 붕괴보다 MSSM 매개변수 공간 탐색에 더 엄격한 조건을 제공하는 정도는 어느 정도인가?

주요 결과

• μ→eγ의 분열비는 sin²θ13에 비례하며, θ13가 0일 경우에만 소멸하므로 이 혼합 각도에 매우 민감하다.
• 벤치마크 포인트 (m₀, m₁/₂) = (500, 500) GeV에서 분열비는 A₀와 tan β가 증가함에 따라 증가하지만, tan β ≲ 35일 경우 심지어 작은 A₀ 조건에서도 2.8×10⁻¹¹ 이하로 제약된다.
• (1500, 250) GeV 포인트에서는 분열비가 A₀ 증가에 따라 감소하며, 경량 스파article 시나리오와는 반대되는 경향을 보인다.
• MEG에서의 실험적 상한선 2.8×10⁻¹¹은 sin²θ13이 매우 작지 않은 한, 높은 tan β 값(≳35)을 배제한다. 이는 현재의 전 세계 피팅 결과와 일치한다.
• sin²θ13이 0.056(99.73% 신뢰구간 상한선)에 이르러도 작은 tan β 조건에서 실험적 한계를 초과할 수 있으므로, 큰 θ13 값에 대한 강력한 제약 조건이 존재한다.
• 결과적으로 큰 θ13은 MSSM의 높은 tan β 영역을 배제할 것이며, μ→eγ 한계와 암흑물질 밀도 모두와의 일관성을 확보하기 위해서는 작은 θ13 값이 필요하다.