[论文解读] Charged Lepton Flavour Violation: An Experimental and Theoretical Introduction

Lorenzo Calibbi, G. Signorelli|arXiv (Cornell University)|Aug 31, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 360被引用 83

一句话总结

本综述评估带电轻子味违反的理论动机与实验搜索，详述SM扩展、有效场论(EFT)方法、SUSY，以及μ子/τ子实验，涵盖MEG限制及未来前景。

ABSTRACT

Charged lepton flavour violating transitions would be a clear signal of new physics beyond the Standard Model. Their search has been carried out in a variety of channels, the most sensitive being those involving a muon: however no positive evidence has been found so far. The MEG experiment has recently set the best limit on such processes by investigating the existence of the $μ o eγ$ decay. In the next decade several experiments are planned to pursue the search for $μ o eγ$, $μ o eee$, $μ o e$ conversion in nuclei, as well as on processes involving the $τ$, to an unprecedented level of precision. In this review we want to give a pedagogical introduction on the theoretical motivations for such searches as well as on the experimental aspects upon which they are based.

研究动机与目标

• 将CLFV搜索作为探测超越标准模型的新物理的途径。
• 解释在SM中 lepton flavour conservation 是偶然的，以及在扩展中它可以被违反。
• 介绍与CLFV相关的模型无关的EFT方法，并讨论具体模型（特别是SUSY）。
• 概述μ子和τ子CLFV通道的实验策略与当前关键极限。

提出的方法

• 回顾 SM 的轻子部门及其扩展，以识别CLFV的来源。
• 讨论带质量中微子下的ν质量与PMNS混合对SM中通过循环诱导的CLFV的贡献。
• 引入非重整化的有效算符，作为一个模型无关的CLFV框架。
• 讨论基于SUSY的CLFV实现，包括简化模型和型看见机制场景。
• 检验Higgs介导的CLFV以及来自实验对非对角Higgs耦合的约束（如|Y^h_{μe}|, |Y^h_{eμ}|）。

实验结果

研究问题

• RQ1 有哪些理论机制可以在标准模型之外产生可观测的带电轻子味违反？
• RQ2 当前和计划中的实验如何在μ子、τ子以及重玻色子通道上限制CLFV？
• RQ3 在不同模型中， neutrino masses 和 mixing 在驱动（或抑制）CLFV 信号方面扮演何种角色？
• RQ4 Higgs-域与SUSY-域的贡献在设定CLFV极限方面有何比较？

主要发现

• MEG 实验对 μ+ -> e+ γ 的当前最好极限是 BR < 4.2 x 10^-13（90% C.L.，2016）。
• 现有极限亦约束 μ+ -> e+ e- e+（BR < 1.0 x 10^-12，90% C.L.，SINDRUM，1988）和 μ- Ti -> e- Ti（BR < 6.1 x 10^-13，90% C.L.，SINDRUM II，1998）。
• 在带质量中微子的SM中，带电荷的CLFV仅在环路层出现且极度受抑；可观测的CLFV指向新物理（如SUSY或扩展Higgs领域）。
• 两缀子模型和超SMHiggs域可在树水平或通过环路途径介导CLFV，导致对非对角Higgs耦合的强约束（|Y^h_{μe}|、|Y^h_{eμ}|）来自μ子过程和LHC Higgs 衰变。
• 综述将CLFV与轻子味性普适性研究联系起来，并概述当前与未来针对μ子通道（μ -> e γ、μ -> e e e、μ 的转化）以及τ通道的实验。