[论文解读] B_s-B_s-bar mixing and lepton flavor violation in SUSY SO(10)

Sebastian Jäger|arXiv (Cornell University)|May 27, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 27被引用 5

一句话总结

本文研究了在大统一的超对称SO(10)模型中，大尺度大气中微子混合如何诱导显著的右手上底夸克超伴子混合，从而增强 $B_s$-$\overline{B}_s$ 混合。尽管受到 $\tau \to \mu\gamma$ 的强烈约束，该模型仍可通过 $\mu$-参数的有利依赖关系，同时满足大 $B_s$ 混合和轻子味违反的实验限制，表明在SUSY GUT中中微子混合与 $b \to s$ 系列跃迁之间存在可行的联系。

ABSTRACT

We present a quantitative analysis of the flavor physics of a SUSY SO(10) model proposed by Chang, Masiero, and Murayama, linking b -> s transitions to the large observed atmospheric neutrino mixing. We consider B_s-B_s-bar mixing and tau -> mu gamma and discuss their correlation paying careful attention to their different dependences on model parameters. Our analysis shows that an order-of-magnitude enhancement of the mass difference with respect to the Standard Model is possible and can be reconciled with the most stringent bounds on lepton flavor violation. The situation for various Delta B=1 decays is discussed qualitatively.

研究动机与目标

• 探索大尺度大气中微子混合与超对称SO(10)大统一理论中味改变过程之间的联系。
• 评估在此框架下，$B_s$-$\overline{B}_s$ 混合是否可在标准模型之外显著增强。
• 检查 $B_s$ 混合与 $\tau \to \mu\gamma$ 轻子味违反之间的关联，并确定两者是否可同时满足实验限制。
• 研究 $\mu$-参数在抑制 $\tau \to \mu\gamma$ 约束的同时保持大 $B_s$ 混合中的作用。

提出的方法

• 该模型基于在普朗克尺度下具有味无关软对称性破缺项的CMM SO(10) SUSY GUT。
• 顶夸克汤川耦合的辐射修正导致非味无关的超粒子质量，尤其体现在右手上型夸克超伴子和左手 sleptons 上。
• PMNS 混合矩阵控制右手上型夸克超伴子和轻子超伴子质量矩阵的味结构，将轻子与强子味 sector 联系起来。
• 分析通过胶子费米子与右手上型夸克超伴子参与的盒图计算 $B_s$-$\overline{B}_s$ 混合，通过带电强子与中微子超伴子交换计算 $\tau \to \mu\gamma$。
• 明确追踪 $\mu$-参数的依赖关系，以评估其在抑制 $\tau \to \mu\gamma$ 的同时允许大 $B_s$ 混合中的作用。
• 论文使用QCD因子化方法估算色磁 Penguin 算符对 $b \to s$ Penguin 稀有衰变的贡献，包括与SM振幅的潜在干涉。

实验结果

研究问题

• RQ1 在CMM SUSY SO(10)模型中，$B_s$-$\overline{B}_s$ 混合是否可相比标准模型增强一个数量级？
• RQ2 在该模型中，$\tau \to \mu\gamma$ 轻子味违反受当前实验限制的程度如何？
• RQ3 $\mu$-参数如何影响 $B_s$ 混合与 $\tau \to \mu\gamma$ 之间的相互作用，从而允许两者共存？
• RQ4 该模型的新物理贡献是否可解释 $B_d \to M K_S$ 衰变中时间依赖CP不对称性的观测差异？
• RQ5 奇偶性破坏的色磁Penguin算符在如何修改 $b \to s$ Penguin衰变振幅？

主要发现

• 在CMM SUSY SO(10)模型中，$B_s$-$\overline{B}_s$ 质量差相比标准模型可能实现一个数量级的增强。
• 由于 $\mu$-参数的有利依赖关系，该模型可同时满足 $\tau \to \mu\gamma$ 的严格实验限制，该依赖关系抑制了轻子味违反振幅。
• 当 $\mu < -600\,\text{GeV}$ 时，$\tau \to \mu\gamma$ 的约束变得可忽略，从而允许大 $B_s$ 混合持续存在。
• 色磁Penguin算符 $Q_{8g}'$ 可能对SM振幅贡献 ${\cal O}(1)$ 的修正，引入与 $B_s$ 混合相位相关的新的相位 $\theta$。
• 若新Penguin主导，$B_d \to M K_S$ 衰变中的时间依赖CP不对称性可能测量 $\sin(2\beta + 2\theta)$，为该模型提供潜在检验。
• 在该模型中，$B_d \to X_s \gamma$ 与 $B_d \to X_s l^+l^-$ 的理论不确定性较大，因此这些衰变模式不会施加强烈约束。