[论文解读] Lepton flavor violation beyond the MSSM

Avelino Vicente|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 201被引用 4

一句话总结

本文综述了超出最小超对称标准模型（MSSM）的超对称模型中的轻子 flavor 破坏（LFV），重点关注高能标和低能标 seesaw 机制以及 R-宇称破坏情形。研究表明，这些扩展模型中的 LFV 物理现象表现出显著不同于 MSSM 预测的独特信号——例如 $μ\to e\gamma$ 和 $μ\to eJ$ 的分支比极大——因此需要超越标准通道的专门实验搜索，以识别新物理。

ABSTRACT

Most extensions of the Standard Model lepton sector predict large lepton flavor violating rates. Given the promising experimental perspectives for lepton flavor violation in the next few years, this generic expectation might offer a powerful indirect probe to look for new physics. In this review we will cover several aspects of lepton flavor violation in supersymmetric models beyond the Minimal Supersymmetric Standard Model. In particular, we will concentrate on three different scenarios: high-scale and low-scale seesaw models as well as models with R-parity violation. We will see that in some cases the LFV phenomenology can have characteristic features for specific scenarios, implying that dedicated studies must be performed in order to correctly understand the phenomenology in non-minimal supersymmetric models.

研究动机与目标

• 分析超出 MSSM 的扩展超对称模型中的 LFV 物理现象。
• 识别高能标和低能标 seesaw 模型中的特征性 LFV 信号。
• 研究 R-宇称破坏对 LFV 过程的影响。
• 评估在当前和未来实验中探测 $\mu\to eJ$ 和 $\mu\to eJ\gamma$ 等奇异 LFV 衰变的可行性。

提出的方法

• 通过扩展的中微子质量生成机制分析高能标 seesaw 模型。
• 研究具有惰性中微子且 seesaw 能标低于 TeV 能标的超对称逆 seesaw 模型。
• 通过在超势中显式和自发地破坏 R-宇称，评估 R-宇称破坏模型。
• 利用有效场论和双 Higgs 双重态扩展来建模 LFV 耦合。
• 应用相空间积分和宽度计算，估算 $\mu\to eJ$ 和 $\mu\to eJ\gamma$ 的分支比。
• 通过动量空间截断和背景建模，比较 MEG 实验对奇异 LFV 通道的探测灵敏度。

实验结果

研究问题

• RQ1 高能标 seesaw 模型中的 LFV 率与 MSSM 中有何不同？
• RQ2 低能标 seesaw 情形下 LFV 的独特现象学特征是什么？
• RQ3 尽管存在 LHC 约束，R-宇称破坏模型是否仍能产生可观测的 LFV 信号？
• RQ4 当前实验（如 MEG）对 $\mu\to eJ\gamma$ 等奇异 LFV 衰变的灵敏度如何？
• RQ5 为探测 $v_R$ 低于 TeV 能标的 $\mu\to eJ$ 衰变，需要哪些实验改进？

主要发现

• 高能标 seesaw 模型由于重右手中微子交换而预测较大的 LFV 率，当 $v_R\sim 10^9$ GeV 时，$\text{BR}(\mu\to e\gamma)\sim 10^{-11}$。
• 低能标 seesaw 模型，特别是超对称逆 seesaw，由于轻惰性中微子的存在，可产生高达 $10^{-12}$ 的可观测 $\text{BR}(\mu\to e\gamma)$。
• R-宇称破坏模型在 $v_R\sim 1$ TeV 时预测 $\text{BR}(\mu\to eJ)\sim 10^{-5}$，尽管当前限制较弱（$\lesssim 10^{-5}$）。
• 在 MEG 的严格动量空间截断下，$\mu\to eJ\gamma$ 的相空间积分极小（$\sim 6\times10^{-10}$），若不放宽动量阈值，几乎不可能探测到。
• μ子飞行中湮灭产生的本底严重限制了对 $\mu\to eJ\gamma$ 的探测灵敏度，表明提升时间分辨率对实现可行探测至关重要。