[논문 리뷰] $\mu o e \gamma$ Decay in an MSSM Extension

Tarek Ibrahim, Ahmad Itani외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 03. 03.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 22인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 벡터형 렙톤 세대를 가진 확장된 MSSM에서 일란성 쿼크의 $μ\to e\gamma$ 붕괴를 분석하여, 치아린오, 네이트럴리노, 슬렙톤, 미러 슬렙톤, W/Z 보존, 그리고 미러 렙톤의 한계 기여를 고려한다. CP-위반 위상이 새로운 섹터에 존재할 경우 브랜치 비율이 크게 증가할 수 있음을 보여주며, 현재의 MEG 한계가 모델의 매개변수 공간을 제약하고 있으며, 향후 향상된 실험으로는 MSSM을 초월한 새로운 물리 현상을 탐색할 수 있을 것으로 기대된다.

ABSTRACT

An analysis is given of the decay $\\mu \ o e+ \\gamma$ in an MSSM extension with a vectorlike generation. Here mixing with the mirrors allows the possibility of this decay. The analysis is done at the one loop level with the exchange of charginos and neutralinos and of sleptons and mirror sleptons in the loops. A one loop analysis with W and Z boson exchange and mirror leptons and neutrinos is also considered. The effects of CP violating phases from the new sector on the decay $\\mu\ o e \\gamma$ are analyzed in detail. The constraints arising from the current upper limit on the branching ratio ${\\cal{B}}(\\mu\ o {e} \\gamma)$ from the MEG experiment of $2.4\ imes 10^{-12}$ (at 90\\% CL) on the parameter space of SUSY models and on vectorlike models are explored. Further, the MEG experiment is likely to improve the upper limit by an order of magnitude in the coming years. The improved limits will allow one to probe a much larger domain of the parameter space of the extended models.

연구 동기 및 목표

• 벡터형 렙톤 세대를 가진 확장된 MSSM에서 렙톤의 맛 위반을 탐색하고, 희귀 붕괴 $μ\to e\gamma$에 집중한다.
• 새로운 섹터에서 기인하는 CP-위반 위상이 $μ\to e\gamma$의 브랜치 비율을 어떻게 증가시키는지 분석한다.
• 현재 MEG 실험의 상한선인 ${\cal B}(\mu\to e+\gamma)$에 대한 $2.4\times 10^{-12}$를 사용하여 확장된 모델의 매개변수 공간을 제약한다.
• 향후 MEG의 향상이 확장된 모델의 매개변수 공간을 더 넓게 탐색할 수 있는 잠재력을 평가한다.
• 일란성 도형에서 치아린오/네이트럴리노와 W/Z 보존, 그리고 미러 렙톤의 기여를 분석한다.

제안 방법

• 이상성 자유도와 게이지 양자수를 유지하면서, 벡터형 렙톤 세대와 그의 미러를 포함한 MSSM 확장 모델을 구성한다.
• Yukawa 상호작용 $f_3, f_4, f_5$와 그의 쌍대/쌍대-쌍대 변형을 통해 벡터형 세대와 세 표준 세대 간의 혼합을 정의한다.
• 치아린오, 네이트럴리노, 슬렙톤, 미러 슬렙톤, W, Z 보존, 그리고 미러 렙톤을 고려한 한계 도형에서 $μ\to e\gamma$의 일란성 진폭을 계산한다.
• 복소 위상을 포함한 CP-위반 매개변수로부터 형요소 $F_2^{\mu e}, F_3^{\mu e}$와 총 진폭의 해석적 표현을 유도한다.
• 기준 매개변수 세트를 사용하여 수치 분석을 수행하고, 브랜치 비율 ${\cal B}(\mu\to e+\gamma)$를 계산하며 MEG 한계와 비교한다.
• 전자 전기 dipole 모멘트 $d_e$에 대한 ACME 실험의 제약 조건을 포함하여 매개변수 공간을 추가로 제약한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 벡터형 섹터의 CP-위반 위상은 확장된 MSSM에서 $μ\to e\gamma$의 브랜치 비율에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 치아린오, 네이트럴리노, 그리고 W/Z 보존과 함께 미러 렙톤이 기여하는 일란성 기여로 인해 $μ\to e\gamma$의 브랜치 비율은 어느 정도인가?
• RQ3 현재 MEG 한계는 벡터형 세대를 가진 확장된 MSSM의 매개변수 공간을 어느 정도 제약하는가?
• RQ4 MEG 실험의 민감도 향상이 이 모델에서 새로운 물리 현상을 탐색할 수 있는 영역에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 이 모델에서 전자 전기 dipole 모멘트 $d_e$와 $μ\to e\gamma$ 붕괴 진폭 사이의 상호작용은 어떠한가?

주요 결과

• 벡터형 렙톤 세대의 도입은 치아린오, 네이트럴리노, 그리고 미러 렙톤을 포함한 일란성 도형을 통해 $μ\to e\gamma$에 상당한 기여를 한다.
• 새로운 섹터의 CP-위반 위상은 브랜치 비율을 최대 한 계단 증가시킬 수 있으며, 특정 기준 사례에서는 $1.7\times 10^{-12}$까지 도달한다.
• 두 기준 사례에서 브랜치 비율 ${\cal B}(\mu\to e+\gamma)$는 각각 $1.2\times 10^{-13}$과 $1.7\times 10^{-12}$에 도달하며, 후자는 현재 MEG 상한선인 $2.4\times 10^{-12}$에 가까워진다.
• 두 사례에서 전자 전기 dipole 모멘트 $d_e$는 각각 $4.7\times 10^{-29}$ e·cm와 $6.1\times 10^{-30}$ e·cm로 제약되며, ACME 한계와 일치한다.
• 모델은 비제로의 중성미온 질량을 예측하며, 매개변수 세트에 따라 $m_{\nu 1}$, $m_{\nu 2}$, $m_{\nu 3}$는 $2.1\times 10^{-12}$에서 $4.7\times 10^{-11}$ eV 사이로 변동한다.
• 향후 MEG의 민감도가 한 계단 향상되면, 확장된 모델의 매개변수 공간을 훨씬 더 넓게 탐색할 수 있을 것이다.