[논문 리뷰] Neutrino radiative decay and lepton flavor violation in supersymme tric models

Marie-Bernadette Causse|ArXiv.org|2002. 02. 11.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 우측 수반 뉴트리노를 가진 초대칭 모델에서 복사 뉴트리노 붕괴($\bar{\nu}_\tau \to \nu_\mu + \gamma$)와 렙톤 편미분 위반(LFV)을 연구한다. 최소 초대칭 표준모형(MSSMRN)과 $SU(5)$ 대통합이론(SU(5)RN)를 사용하며, 다중질량 삽입법을 통해 전이 자기모멘트를 계산한다. 큰 혼합과 잔류 밀도에 부합하는 초대칭 파라미터 조건에서, 특히 무거운 오른쪽 수반 뉴트리노의 경우 표준모형 예측(1.32×10⁻¹⁹ $m_\nu$/eV)과 비교하거나 이를 초월하는 값에 도달할 수 있음을 발견한다.

ABSTRACT

The radiative decay of neutrino,such as (\bar{ν_τ}: \longrightarrow: ν_μ+γ), in the minimal supersymmetric standard model with right-handed neutrinos (MSSMRN) and in the (SU(5)) grand unified theory with right-handed neutrinos((SU(5)RN))model is examined.In these models,the transition magnetic moment of neutrino is directly proportional to the neutrino mass.For different values on SUSY parameters (compatible with the relic density) and for large mixing angle solution to the atmospheric neutrino problem,the transition magnetic moment can be a few times greater than,or comparable to,the value of the standard model (with a right-handed neutrino singlet added).

연구 동기 및 목표

• 우측 수반 뉴트리노를 가진 초대칭 모델에서 $\bar{\nu}_\tau \to \nu_\mu + \gamma$ 붕괴의 복사 뉴트리노 붕괴를 조사한다.
• MSSMRN 및 $SU(5)$ 대통합이론에서 우측 수반 뉴트리노를 포함한 LFV를 평가한다(SU(5)RN).
• 다중질량 삽입법을 사용하여 이러한 모델에서 메이저라 뉴트리노의 전이 자기모멘트를 계산한다.
• 잔류 밀도 제약 조건 하에서 초대칭 파라미터와 오른쪽 수반 뉴트리노 질량이 자기모멘트에 미치는 영향을 규명한다.
• 세이스와 메커니즘에서 공통의 양자수 상수를 통해 뉴트리노 진동과 LFV 과정 간의 연결을 탐색한다.

제안 방법

• MSSMRN 및 SU(5)RN 모델에서 $\bar{\nu}_\tau \to \nu_\mu + \gamma$ 붕괴에 대한 카이니오 기여를 계산하기 위해 다중질량 삽입법을 사용한다.
• 특히 대기 뉴트리노 데이터에서 제안하는 두 번째와 세 번째 세대의 렙톤 상태 간 큰 혼합을 고려하여 스레프톤 질량 혼합과 카이니오 섹터 혼합을 통합한다.
• 무거운 오른쪽 수반 뉴트리노를 가진 세이스와 메커니즘을 적용하며, 업타입 쿼크와 유사한 양자수 상수를 가정한다.
• 피카르 루프 적분을 위해 분석적 표현을 사용하여 $H_a$, $H_d$, $H_e$, $I$, $f$, $g$, $h$, $F$ 등의 함수를 포함한다.
• 피카르 매개변수에 대한 수치적 적분을 통해 진폭을 계산하며, $X_{\widetilde{W}_n} = M_2^2 / \overline{M}_n^2$ 및 $X_{\widetilde{\mu}_n} = \mu^2 / \overline{M}_n^2$를 사용한다.
• 잔류 밀도 제약 조건을 만족하는 초대칭 파라미터를 확보하기 위해 DarkSUSY와 Suspect2 간의 인터페이스를 활용하여 수치 분석에 의존한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 우측 수반 뉴트리노를 가진 초대칭 모델에서 메이저라 뉴트리노의 전이 자기모멘트는 표준모형 예측과 유사하거나 이를 초월할 수 있는가?
• RQ2 대기 뉴트리노 데이터에서 제안하는 바와 같이 두 번째와 세 번째 세대 스레프톤 상태 간의 큰 혼합은 $\bar{\nu}_\tau \to \nu_\mu + \gamma$ 붕괴 확률에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 오른쪽 수반 뉴트리노 질량과 양자수 상수가 LFV를 생성하고 자기모멘트를 증폭시키는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 초대칭 파라미터($M_2$, $\mu$ 등)와 잔류 밀도 제약 조건이 예측된 자기모멘트에 어떤 정도의 영향을 미치는가?
• RQ5 뉴트리노 질량 생성에 기여하는 동일한 양자수 상수가 렙톤 붕괴에서 명백한 LFV를 매개할 수 있는가?

주요 결과

• MSSMRN 및 SU(5)RN 모델에서 뉴트리노의 전이 자기모멘트는 표준모형 값인 $1.32 \times 10^{-19} \, \text{eV}^{-1} \times m_\nu$와 유사하거나 몇 배 더 큰 값에 도달할 수 있다.
• 대기 뉴트리노 문제의 큰 혼합각 해법에 부합하는 두 번째와 세 번째 세대 스레프톤 상태 간의 큰 혼합 조건에서는 자기모멘트가 증폭된다.
• 자기모멘트는 오른쪽 수반 뉴트리노 질량에 민감하며, 더 무거운 $M_R$일수록 더 큰 값이 관측된다.
• 수치적 결과는 잔류 밀도에 부합하는 초대칭 파라미터 조건 하에서 자기모멘트가 $\sim 10^{-19} \, \text{eV}^{-1}$ 수준에 도달할 수 있으며, 이는 표준모형 예측에 도달하거나 초월함을 보여준다.
• 다중질량 삽입법은 카이니오 및 스레프톤 혼합에서 지배적인 기여를 효과적으로 포착하며, $H_a$, $I$, $F$ 등의 매개변수에 의존하는 함수를 통해 분석적 적분이 수행된다.
• 이 연구는 세이스와 메커니즘에서의 양자수 상수가 동시에 뉴트리노 질량을 설명하고 관측 가능한 LFV 과정(복사 붕괴 포함)을 매개할 수 있음을 확인한다.