[论文解读] Lepton-Flavor Violating Decay of Tau Lepton in the Supersymmetric Seesaw Model

Junji Hisano|ArXiv.org|Aug 31, 2002

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

一句话总结

本文利用中微子振荡数据，研究了在超对称跷跷板模型中τ轻子的轻子味破坏（LFV）衰变。结果表明，Br(τ→μγ)和Br(τ→eγ)的分支比可达到10⁻⁶–10⁻⁷量级，具体取决于右手上中微子的Yukawa耦合结构和selectron质量，且预测结果在很大程度上与轻子中微子质量矩阵的层级无关，使得LFV τ衰变成为超越中微子振荡数据检验跷跷板机制的关键探针。

ABSTRACT

Now the bounds on the lepton-flavor violating (LFV) decay modes of tau lepton are being improved by the Belle experiment in the KEK B factory. In this paper the LFV decay of tau lepton is discussed in the supersymmetric seesaw model, using the current neutrino oscillation data.

研究动机与目标

• 研究在超对称跷跷板模型中观测τ轻子的轻子味破坏（LFV）衰变的可能性。
• 评估来自Belle实验的当前及未来实验约束对模型参数空间的影响。
• 确定在中微子振荡数据之外，轻子味破坏在带电轻子扇区是否能提供关于跷跷板机制的独立信息。
• 探究LFV分支比对selectron质量、超对称性破缺参数以及右手上中微子Yukawa耦合矩阵结构的依赖性。

提出的方法

• 该研究采用包含右手上中微子Majorana质量项及与Higgs和轻子双态耦合的Yukawa项的超对称跷跷板模型。
• 通过轻子中微子质量矩阵Mν和由selectron质量辐射修正导出的矩阵H，对跷跷板模型进行参数化。
• 在微扰范围（Yukawa耦合<4π）和对数分布下，随机生成矩阵H以探索参数空间。
• 利用SU(2)规范费米子质量、A₀=0、μ>0、tanβ=10，以及变化的轻selectron质量，数值计算τ→μγ和τ→eγ的分支比。
• 分析考虑了正常和反常的轻子中微子质量层级，输入参数固定为太阳中微子振荡数据的LMA解。
• 该模型假设R-宇称守恒，因此光子penguin图主导了衰变过程，仅在tanβ极大且伪标量Higgs较轻的极端情况下，Higgs penguin贡献才不可忽略。

实验结果

研究问题

• RQ1 超对称跷跷板模型能否预测出未来实验可探测的τ→μγ和τ→eγ的分支比？
• RQ2 LFV τ衰变的预测对右手上中微子Yukawa耦合矩阵H的结构有多敏感？
• RQ3 LFV分支比在多大程度上独立于轻子中微子质量矩阵的参数（如质量层级和混合角）？
• RQ4 LFV τ衰变能否提供与中微子振荡数据互补的关于跷跷板机制的信息？
• RQ5 在微扰约束和现实的SUSY参数条件下，τ→μγ和τ→eγ的最大可实现分支比是多少？

主要发现

• 在超对称跷跷板模型中，分支比Br(τ→μγ)可达到约10⁻⁶量级，具体取决于selectron质量和Yukawa耦合矩阵H的结构。
• 对于H₁假设，最大预测的Br(τ→μγ)超过当前Belle实验的5×10⁻⁷上限，表明未来实验中具有可观测潜力。
• Br(τ→μγ)和Br(τ→eγ)的预测结果在很大程度上与轻子中微子质量矩阵的层级无关，正常与反常质量谱下行为相似。
• 对于某些参数选择，特别是H₂假设下，Br(τ→eγ)的预测值也可达10⁻⁷量级，表明τ→μγ和τ→eγ均为可行的发现通道。
• 三轻子末态（μμ⁺μ⁻和eμ⁺μ⁻）与光子末态的分支比之比分别约为1/440和1/94，表明光子末态占主导。
• 即使在保守假设下，该模型预测的分支比仍可被Super B工厂探测，预期对Br(τ→μγ)的灵敏度可达2×10⁻⁸。