[論文レビュー] A Guide to Flavour Changing Neutral Currents in the Littlest Higgs Model with T-Parity

Monika Blanke, Andrzej J. Buras|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 33

ひとこと要約

この論文は、T対称性を備えたルittelst Higgsモデルにおけるフレーバー変換型中性荷電現在（FCNC）を調査している。これは、T対称性によって木レベルのFCNCを抑制するが、ループ誘導効果を許容する複合ヒッグスフレームワークである。本研究では、新しいT奇の重フェルミオンのおかげで、特に$\tau \to 3\ell$崩壊と$\mu \to e\gamma$が強化されたレプトンフレーバー違反過程が予測されることを示している。その特徴的な分岐比の相関関係は、MSSMとは明確に異なり、特に磁気双極子型演算子ではなく、$Z^0$-ペナリンとボックス図が支配的である点が特徴的である。

ABSTRACT

Flavour changing neutral current processes, being strongly suppressed in the Standard Model (SM), provide a unique window to new physics at scales much above the electroweak scale. Here, we summarize the recent progress in flavour physics studies of the Littlest Higgs model with T-parity, both in the quark and lepton sector. Particular emphasis is put on various correlations that could distinguish this model from other extensions of the SM.

研究の動機と目的

• T対称性がルittelst Higgsモデルにおけるフレーバー変換型中性荷電現在に与える影響、特にクォークおよびレプトン系において分析すること。
• 特にレプトンフレーバー違反過程において、新しい物理の観測可能なシグネチャーを特定すること。
• 分岐比の特徴的な相関関係を通じて、ルittelst HiggsモデルとMSSMなどの他のNPモデルを区別すること。
• T奇のゲージボソンを介して、ミラークォークおよびミラーレプトンがFCNCを媒介する役割と、その複素位相の役割を調査すること。
• 電弱精度制約および階層問題の観点から、このモデルの妥当性を評価すること。

提案手法

• T対称性を備えたルittelst Higgsモデルを構築し、木レベルのFCNCを抑制するT奇の重ゲージボソンとT奇のミラーフェルミオン（クォークおよびレプトン）を導入する。
• SMとミラーフェルミオン間のフレーバー違反カップリングをパrameterizeするための4つの新しいCKMに類似した混合行列（$V_{Hu}, V_{Hd}, V_{H\nu}, V_{H\ell}$）を導入する。
• 有効場理論的手法を用いて、$K \to \pi \ell \ell$、$B_s \to \mu \mu$、$\tau \to 3\ell$、$\mu \to e\gamma$などのループ誘導FCNC過程を計算する。
• $Z^0$-ペナリンとボックス図の寄与を評価し、LHTモデルではそれらが磁気双極子型演算子よりも支配的であることを示す。
• LHTモデルとMSSMにおける分岐比の比を比較し、ヒッグス寄与が顕著でない場合と顕著な場合の両方を検討する。
• $\mu \to e\gamma$の角度分布を分析し、左・右ヘリシティのカレント構造を調査する。LHTモデルでは右ヘリシティ寄与が存在しないことが判明する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 T対称性およびミラーフェルミオンの存在が、ルittelst Higgsモデルにおけるフレーバー変換型中性荷電現在の構造にどのように影響を与えるか？
• RQ2 LHTモデルにおけるレプトンフレーバー違反崩壊の主な寄与は何か？また、それらはMSSMにおけるものとどのように異なるか？
• RQ3 特定のレア崩壊の分岐比の相関関係が、LHTモデルとMSSMを区別できるか？
• RQ4 $V_{Hd}$混合行列の複素位相が、$K$および$B$崩壊におけるCP対称性の破れをどのように生成するか？
• RQ5 $\mu \to e\gamma$崩壊における角度分布が、LHTモデルにおける新物理のヘリシティ構造をどのように明らかにするか？

主な発見

• LHTモデルでは、$\tau \to 3\ell$や$\mu \to e\gamma$のようなレプトンフレーバー違反崩壊が顕著に増幅され、分岐比が$10^{-11}$から$10^{-12}$のオーダーに達する可能性がある。
• LHTモデルでは、$\frac{Br(\mu^{-} \to e^{-}e^{+}e^{-})}{Br(\mu \to e\gamma)}$の比が0.4～2.5の範囲に予測されるが、MSSMでは$\sim 6 \cdot 10^{-3}$であるため、顕著な非双極子的寄与が支配的であることが示唆される。
• LHTモデルでは、$Z^0$-ペナリンとボックス図がLFV過程を支配するが、磁気双極子型演算子は劣勢である。これはMSSMとは顕著に異なる重要な特徴である。
• LHTモデルでは、$\frac{Br(\tau^{-} \to e^{-}e^{+}e^{-})}{Br(\tau^{-} \to e^{-}\mu^{+}\mu^{-})}$の比が1.3～1.7に予測されるが、MSSMでは$\sim 5$であるため、明確な識別子となる。
• モデルでは$\mu \to e\gamma$に右ヘリシティ寄与が存在せず、これは放出電子の角度およびスピン相関を用いて実験的に検証可能である。
• チタンにおける$\mu \to e$変換率は、LHTモデルでは$\mu \to e\gamma$率の$10^{-2}$から$10^{2}$倍に予測されるが、MSSMでは$\sim 5 \cdot 10^{-3}$であるため、さらにモデルの区別に寄与する。