[论文解读] Lepton flavor violating Higgs Boson Decays in Supersymmetric High Scale Seesaw Models

M. E. Gómez, S. Heinemeyer+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 53被引用 3

一句话总结

本文研究了在高尺度 seesaw 机制（特别是 Type-I seesaw）的超对称模型中，轻子味违反（LFV）希格斯玻色子衰变（h→ℓᵢℓⱼ）的性质。通过使用模型无关与受约束的 MSSM+seesaw 框架，研究发现，对带电轻子味违反过程（如 μ→eγ）的严格实验限制严重抑制了 LFV 希格斯衰变分支比，使得仅靠这些模型无法解释 CMS 实验中观测到的 h→τμ 衰变过剩现象。

ABSTRACT

Within the MSSM, we have evaluated the decay rates for the lepton flavour violating Higgs boson decays (LFVHD) $h ightarrow l_i l_j$ where $l_{i,j}$ are charged leptons and $i eq j$. This has been done in a model independent (MI) way as well as in supersymmetric high scale seesaw models, in particular Type I see-saw model. Lepton flavour violation (LFV) is generated by non-diagonal entries in the mass matrix of the sleptons. In a first step we use the model independent approach where LFV (off-diagonal entries in the mass matrix) is introduced by hand while respecting the direct search constraints from the charged lepton flavor violating (cLFV) processes. In the second step we use high scale see-saw models where LFV is generated via renormalization group equations (RGE) from the grand unification scale (GUT) down to electroweak scale. cLFV decays are the most restrictive ones and exclude a large part of the parameter space for the MI as well as the high scale see-saw scenarios. Due to very strict constraints from cLFV, it is difficult to find large corrections to LFVHD. This applies in particular to $h ightarrow τμ$ where hints of an excess have been observed. If this signal is confirmed, it could not be explained with the models under investigation.

研究动机与目标

• 评估超对称高尺度 seesaw 模型是否能解释 CMS 报告的 h→τμ 衰变过剩现象。
• 在 MSSM 与 seesaw 机制的背景下，评估轻子味违反希格斯玻色子衰变（LFVHD）的性质。
• 确定带电轻子味违反（cLFV）约束对模型无关与 seesaw 驱动情景中 LFVHD 率的影响。
• 探索通过 seesaw 机制生成中微子质量是否能产生足够大的 LFV，以匹配实验观测的暗示。
• 识别是否需要超出 seesaw 所诱导混合之外的额外 LFV 来源，才能解释观测到的过剩现象。

提出的方法

• 采用模型无关方法，人为引入选择变荷质量矩阵中的非对角项，且与 cLFV 约束一致。
• 应用从 GUT 标度到电弱标度的跑代方程（RGEs），在 Type-I seesaw 模型中生成 LFV。
• 通过扩展 MSSM 的 FeynArts 模型文件来实现 LFV 效应，从而支持衰变率的数值计算。
• 在受约束的 MSSM（CMSSM）框架下，结合 seesaw Type-I 进行数值分析，使用与中微子数据一致的基准参数点。
• 应用来自 μ→eγ 及其他 cLFV 过程的实验约束，以限制允许的参数空间。
• 在 m₀–m₁/₂ 参数平面中评估 h→eμ、h→eτ 和 h→τμ 的分支比，考虑不同 tanβ 和 A₀ 的取值。

实验结果

研究问题

• RQ1 MSSM 与高尺度 seesaw 机制能否生成足够大的 h→τμ 分支比以解释 CMS 过剩现象？
• RQ2 来自 cLFV 过程（尤其是 μ→eγ）的实验约束如何限制 LFV 希格斯衰变的可能大小？
• RQ3 在 seesaw 模型中，由 RGE 引起的 selectron 混合在多大程度上贡献于 LFV 希格斯衰变？
• RQ4 在 CMSSM+seesaw I 框架中，是否存在可行的参数区域使得 LFV 希格斯衰变达到可观测水平？
• RQ5 包括 Type-II 与 Type-III 在内的中微子启发 seesaw 模型，是否能将 LFV 希格斯衰变增强至超过本研究发现的限制？

主要发现

• h→τμ 的最大预测分支比约为 10⁻⁹，远低于解释 CMS 过剩现象所需的水平。
• 在允许的参数空间中，h→eμ 的分支比通常为 O(10⁻¹⁸)，这主要受制于 μ→eγ 的约束。
• 即使在 m₀–m₁/₂ 平面的左下区域，BR(h→eτ) 也仅达到 O(10⁻¹⁶)，仍远不足以解释过剩现象。
• 在应用 cLFV 约束后，CMSSM-seesaw I 情景中 h→τμ 的分支比预测在可行参数空间内仍低于 O(10⁻¹⁶)。
• 高尺度 seesaw 模型（Type-I、II、III）均产生过小的 LFV 希格斯衰变率，即使在最乐观的情景下也无法解释 CMS 信号。
• 本研究结论认为，要解释观测到的 h→τμ 过剩现象，很可能需要超出 seesaw 模型所包含的额外 LFV 来源。