[论文解读] Lepton flavor violating Higgs boson decays in the MSSM-seesaw

E. Arganda, Ana M. Curiel+2 more|ArXiv.org|Nov 3, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用 3

一句话总结

本文研究了在MSSM-seesaw模型中轻子 flavor 破坏的Higgs boson衰变（LFVHD），其中中微子质量通过包含三个右手中微子及其超对称伙伴的seesaw机制生成。通过一阶微扰计算，发现在与当前 $ \mu \to e\gamma $、$ \tau \to \mu\gamma $ 和 $ \tau \to e\gamma $ 衰变的实验约束相容的参数空间区域，$ H^0, A^0 \to \tau\bar{\mu} $ 的分支比可高达 $ 10^{-5} $，表明未来对撞机可探测到此类信号。

ABSTRACT

Lepton flavor violating Higgs boson decays (LFVHD) are studied in the context of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) enlarged with three right handed neutrinos and their supersymmetric partners, and with the neutrino masses being generated by the seesaw mechanism. We compute the partial widths for these decays to one-loop order and analyze numerically the corresponding branching ratios in terms of the MSSM and seesaw parameters. We analyze in parallel the lepton flavor changing $ł_j o l_i γ$ decays and explore the maximum predicted rates for LFVHD, mainly for $H^0,A^0 o τ{\bar μ}$ decays, by requiring compatibility with neutrino and $BR(ł_j o l_i γ)$ data. We find LFVHD ratios of up to $10^{-5}$ in some regions of the MSSM-seesaw parameter space.

研究动机与目标

• 研究在MSSM-seesaw模型中，通过包含三个右手中微子及其超对称伙伴的seesaw机制生成中微子质量的轻子 flavor 破坏Higgs boson衰变（LFVHD）
• 在MSSM-seesaw框架下，计算 $ H^0, A^0 \to \tau\bar{\mu} $、$ \tau\bar{e} $ 和 $ \mu\bar{e} $ 衰变的一阶微扰宽度
• 以MSSM和seesaw参数（包括 $ M_0 $、$ M_{1/2} $、$ \tan\beta $、$ m_{N_i} $ 和表示中微子混合的复正交矩阵 $ R $）为变量，对分支比进行数值分析
• 确保与实验对 $ \mu \to e\gamma $、$ \tau \to \mu\gamma $ 和 $ \tau \to e\gamma $ 衰变的上限约束一致，特别关注最具约束力的 $ \tau \to \mu\gamma $ 通道

提出的方法

• 使用MSSM-seesaw拉格朗日量，通过一阶微扰计算LFVHD的部分宽度，包括来自混合胶子、中性子和超费米子圈的贡献
• 利用seesaw机制将轻子中微子质量 $ m_{\nu_i} $ 与狄拉克质量矩阵 $ m_D $、右手中微子质量矩阵 $ m_M $ 和幺正混合矩阵 $ U_{MNS} $ 联系起来
• 通过三个复角 $ \theta_i $ 参数化混合矩阵 $ R $，其中 $ R $ 编码了由于从 $ M_X \sim 2 \times 10^{16} $ GeV 到 $ m_M $ 的RGE演化引起的超轻子-轻子不一致
• 对 $ \tan\beta $、$ m_N $、$ M_0 $、$ M_{1/2} $ 和 $ R $ 的分支比进行数值分析，固定来自全局拟合的中微子参数
• 同时施加实验上限约束：$ BR(\mu \to e\gamma) < 1.2 \times 10^{-11} $，$ BR(\tau \to \mu\gamma) < 3.1 \times 10^{-7} $，$ BR(\tau \to e\gamma) < 2.7 \times 10^{-6} $
• 将LFVHD速率与 $ \tau \to \mu\gamma $ 衰变速率进行比较，以识别在数据上一致的参数区域

实验结果

研究问题

• RQ1 在与当前LFV轻子衰变数据一致的前提下，MSSM-seesaw模型中 $ H^0, A^0 \to \tau\bar{\mu} $ 衰变的最大分支比是多少？
• RQ2 LFVHD速率的 $ \tan\beta $ 依赖性与 $ \tau \to \mu\gamma $ 衰变相比如何？$ \tan\beta $ 在增强LFVHD中起什么作用？
• RQ3 在MSSM-seesaw参数空间的哪些区域，LFVHD速率可达到 $ \sim 10^{-5} $？其对 $ M_0 $、$ M_{1/2} $ 和 $ m_N $ 的依赖关系如何？
• RQ4 通过 $ \theta_2 $ 表征的 $ R $ 矩阵中的复相位如何影响LFVHD和 $ \tau \to \mu\gamma $ 的速率？这会施加何种约束？
• RQ5 当由于重SUSY粒子的退耦导致 $ \tau \to \mu\gamma $ 衰变被抑制时，LFVHD速率是否仍可保持较大？这是否表明Higgs耦合未发生退耦？

主要发现

• 在具有复 $ R $ 和 $ \theta_2 \neq 0 $ 的分层中微子情景下，特定参数选择下，$ H^0, A^0 \to \tau\bar{\mu} $ 衰变的分支比最高可达 $ 5 \times 10^{-5} $
• 对于分层中微子和 $ \tan\beta = 50 $ 的情况，当施加 $ \tau \to \mu\gamma $ 数据约束时，$ H^0 \to \tau\bar{\mu} $ 的最大允许分支比降低至 $ 5 \times 10^{-8} $，这是由于 $ \theta_2 $ 参数空间被抑制所致
• 分支比 $ BR(H^0 \to \tau\bar{\mu}) $ 近似按 $ (\tan\beta)^4 $ 变化，显示出对 $ \tan\beta $ 的强烈依赖性，尤其在大值时更为显著
• 即使在 $ M_0 \simeq 2000 $ GeV 和 $ M_{1/2} \simeq 2000 $ GeV 的情况下，$ BR(H^0 \to \tau\bar{\mu}) \sim 4 \times 10^{-6} $ 仍具有显著意义，表明重SUSY粒子在LFVHD中未发生退耦
• $ BR(\tau \to \mu\gamma) $ 随 $ M_0 $ 和 $ M_{1/2} $ 增大而迅速下降，在 $ M_0 \simeq 1100 $ GeV 左右发生退耦，而 $ BR(H^0 \to \tau\bar{\mu}) $ 保持相对稳定
• 当 $ \theta_{13} = 5^\circ $ 时，$ BR(\mu \to e\gamma) \sim 1.8 \times 10^{-8} $，超过实验上限，表明除非调整其他参数，否则 $ \theta_{13} \neq 0 $ 会对模型施加强烈约束