[논문 리뷰] Lepton Flavour Violation

Isabella Masina|ArXiv.org|2002. 10. 08.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 시그마 메커니즘을 통한 초대칭 표준모형 확장의 맥락에서 렙톤 편미분 위반(LFV) 및 전기 dipole moment(EDM)를 조사한다. $ au\rightarrow\mu\gamma$ 및 $μ\rightarrow e\gamma$와 같은 LFV 붕괴에서 질량 삽입 매개변수에 대한 제약 조건을 분석하여, 향후 실험적 향상이 오른쪽 수반 뉴트리노 지배에 기반한 서로 다른 시그마 모델 유형을 $C_{32}$ 및 $C_{21}$ 매개변수에 대한 민감도를 통해 구별할 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

After a summary of the motivations for searching flavour violating decays and electric dipole moments in the leptonic sector, I briefly sketch the present status of the limits on lepton-slepton misalignement and discuss the potentialities of the planned experimental improvements. Candidates for theories beyond the Standard Model have to satisfy all these experimental constraints; I will discuss in particular how the supersymmetric SM extended with the see-saw faces the flavour problem.

연구 동기 및 목표

• 저에너지 초대칭의 맥락에서 현재 및 향후 실험적 제약 조건이 렙톤 편미분 위반 과정과 EDM에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 일반적인 소프트 항목을 가진 표준모형의 최소한의 확장인 시그마 메커니즘이 유니버설 소프트 항목을 가진다 해도 LFV와 EDM에 어떻게 기여하는지 평가하는 것.
• 대기 뉴트리노 혼합에서 어떤 오른쪽 수반 뉴트리노가 지배하는지에 따라 시그마 모델을 분류하고, LFV 붕괴가 이러한 유형을 어떻게 구별할 수 있는지 규명하는 것.
• 향후 $μ\rightarrow e\gamma$ 및 $d_\mu$ 민감도 향상이 $C_{32}$ 및 $C_{21}$와 같은 모델 빌딩 매개변수를 어떻게 제약할 수 있는지 탐색하는 것.
• 관측된 LFV 신호가 없는 것이 특정 유형의 애너키컬 또는 $U(1)_F$ 대칭 모델을 이미 배제하는지 검토하는 것.

제안 방법

• 소프트 초대칭 위반 항목에 대한 제약 조건을 표현하기 위해 질량 삽입 매개변수 $\delta$를 사용한다.
• 시그마 메커니즘을 적용하여 저에너지 뉴트리노 질량을 고에너지 수준의 오른쪽 수반 뉴트리노 질량 $M$과 양자수 상수 $y_\nu$와 연결한다. 효과적 질량 행렬은 $m_\nu^{\text{eff}} = y_\nu^T M^{-1} y_\nu v_u^2$로 표현된다.
• 대기 뉴트리노 혼합에서 어떤 오른쪽 수반 뉴트리노가 지배하는지에 따라 시그마 모델을 세 가지 유형으로 분류한다: 지배자가 없음, 가장 무거운 것, 또는 가장 가벼운 것 중 하나.
• 오른쪽 수반 뉴트리노를 통합한 후 잃어버린 물리적 정보를 캡슐화하기 위해 $U_{MNS}$에서 $V_L$ 및 $V_R$를 재구성하는 데 애매함을 표현하기 위해 행렬 $R$을 도입한다.
• EDM에 대한 맛 보존 및 맛 위반 기여의 역할을 평가하며, 특히 루프 보정으로 유도된 $\delta^{(\text{rad})}$-유도 EDM에 초점을 맞춘다.
• 이론적 예측값인 $BR(\tau\rightarrow\mu\gamma)$ 및 $BR(\mu\rightarrow e\gamma)$를 현재 및 향후 실험적 제약 조건과 비교하여 $C_{32}$ 및 $C_{21}$와 같은 모델 매개변수를 제약하는 데 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 향후 $μ\rightarrow e\gamma$ 및 $τ\rightarrow\mu\gamma$ 민감도 향상은 오른쪽 수반 뉴트리노 지배에 기반한 서로 다른 시그마 모델 유형을 구별할 수 있는가?
• RQ2 현재의 LFV 붕괴 및 EDM 제약 조건은 시그마 메커니즘에서 $V_L$ 및 $V_R$ 행렬의 구조에 얼마나 깊이 제약하는가?
• RQ3 $U(1)_F$ 맛 대칭성과 그에 따른 전하 배정은 LFV 과정의 예측 가능성과 뉴트리노 질량 모델에서 조정이 필요한 정도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 관측되지 않은 $μ\rightarrow e\gamma$ 붕괴가 오직 양의 $U(1)_F$ 전하를 가진 모델과 같은 특정 유형의 모델을 배제할 수 있는가?
• RQ5 맛 보존 및 맛 위반 기여는 EDM 생성에 어떤 역할을 하는가? 향후 $d_\mu$ 측정은 모델 빌딩 매개변수에 대한 제약을 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 현재 $BR(\tau\rightarrow\mu\gamma)$의 제약 조건은 시그마 모델 유형을 구별하기 위해 필요한 것보다 30배 약한 $C_{32}$ 제약 조건을 유도하므로, 아직 명확한 결론을 내릴 수 없다.
• $\mu\rightarrow e\gamma$의 경우, 오직 양의 $U(1)_F$ 전하를 가진 모델은 $C_{21} \sim 7r$를 예측하며, 그림 1의 녹색 곡선 이하에 초대칭이 존재한다면, LMA 범위의 $r$에 대해 이러한 모델은 이미 배제된다.
• 가장 무거운 오른쪽 수반 뉴트리노가 지배하는 모델은 조정 없이도 큰 대기 뉴트리노 혼합과 질량 분리가 자연스럽게 발생하며, 이는 $U(1)_F$ 대칭성과 혼합 전하를 가진 더 풍부한 맛 대칭성이 필요하다.
• 가장 가벼운 오른쪽 수반 뉴트리노 중 하나가 지배하는 세 번째 유형의 모델은 더 작은 $C_{32}$를 허용하므로, 향후 $τ\rightarrow\mu\gamma$ 탐색에 더 접근 가능하다.
• 일반적인 실수 소프트 항목을 가진 상태에서도 시그마 메커니즘은 반사 보정을 통해 비제로 EDM을 생성할 수 있으나, $d_\mu^{FV}$는 $τ\rightarrow\mu\gamma$ 관측 실패로 허용 가능한 최대값보다 항상 작다. 따라서 $d_\mu$ 측정은 FV 위상에 대한 제약을 향상시킬 것으로 기대되지 않는다.
• 모든 초대칭 매개변수 공간에서 $C_{21} \sim 7y^2$인 애너키컬 모델은 이미 위기에 처해 있으며, 실험적으로 관측되지 않은 관측 가능한 $μ\rightarrow e\gamma$ 붕괴 확률을 예측하기 때문이다.