[论文解读] Lepton Flavour Violation

Isabella Masina|ArXiv.org|Oct 8, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 11

一句话总结

本文研究了在包含见标模型的规范族对称性扩展的超对称标准模型框架下，轻子味破坏（LFV）与电偶极矩（EDM）现象。通过分析来自 $\tau\rightarrow\mu\gamma$ 和 $\mu\rightarrow e\gamma$ 等轻子味破坏衰变的约束，表明未来实验灵敏度的提升将可能基于右手中微子主导特性，区分不同类型的见标模型，特别是通过 $C_{32}$ 和 $C_{21}$ 参数的敏感度。

ABSTRACT

After a summary of the motivations for searching flavour violating decays and electric dipole moments in the leptonic sector, I briefly sketch the present status of the limits on lepton-slepton misalignement and discuss the potentialities of the planned experimental improvements. Candidates for theories beyond the Standard Model have to satisfy all these experimental constraints; I will discuss in particular how the supersymmetric SM extended with the see-saw faces the flavour problem.

研究动机与目标

• 评估当前与未来实验限制对低能超对称框架下轻子味破坏过程与EDM的影响。
• 评估作为标准模型最小扩展的见标机制，尽管具有普遍软项，仍如何贡献于LFV与EDM。
• 根据哪一右手中微子主导大气中微子混合，对见标模型进行分类，并确定轻子味破坏衰变如何区分这些类别。
• 探索未来 $\mu\rightarrow e\gamma$ 与 $d_\mu$ 敏感度的改进是否能约束模型构建参数（如 $C_{32}$ 与 $C_{21}$）。
• 检查目前未观测到LFV信号是否已排除某些类型的无序或 $U(1)_F$ 对称模型。

提出的方法

• 使用质量插入参数 $\delta$ 来编码规范对称性破缺项在轻子扇区中的约束。
• 应用见标机制，通过有效质量矩阵 $m_\nu^{\text{eff}} = y_\nu^T M^{-1} y_\nu v_u^2$ 将低能中微子质量与高能尺度的右手中微子质量 $M$ 及其 Yukawa 耦合 $y_\nu$ 关联起来。
• 根据哪一右手中微子主导大气混合，将见标模型分为三类：无主导、最重者主导，或最轻者之一主导。
• 引入矩阵 $R$ 来参数化从 $U_{MNS}$ 重建 $V_L$ 与 $V_R$ 时的模糊性，编码在积分掉右手中微子后丢失的物理信息。
• 评估味守恒与味破坏贡献在EDM生成中的作用，特别是由 $\delta^{(\text{rad})}$ 引起的圈修正EDM。
• 将 $BR(\tau\rightarrow\mu\gamma)$ 与 $BR(\mu\rightarrow e\gamma)$ 的理论预测与当前及未来实验限制进行比较，以约束 $C_{32}$ 与 $C_{21}$ 等模型参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 未来 $\mu\rightarrow e\gamma$ 与 $\tau\rightarrow\mu\gamma$ 敏感度的改进，能否基于右手中微子主导特性，区分不同类别的见标模型？
• RQ2 当前对LFV衰变与EDM的限制，在多大程度上约束了见标机制中 $V_L$ 与 $V_R$ 矩阵的结构？
• RQ3 $U(1)_F$ 味对称性及其电荷分配如何影响LFV过程的可预测性，以及中微子质量模型中对调谐的需求？
• RQ4 若未观测到 $\mu\rightarrow e\gamma$ 衰变，是否可排除特定类模型（如仅含正 $U(1)_F$ 电荷的模型）？
• RQ5 味守恒与味破坏贡献在EDM生成中的作用是什么？未来对 $d_\mu$ 的测量能否改善对模型构建参数的约束？

主要发现

• 当前对 $BR(\tau\rightarrow\mu\gamma)$ 的限制对 $C_{32}$ 的约束，比区分见标模型类别的需求弱约30倍，因此尚无法得出明确结论。
• 对于 $\mu\rightarrow e\gamma$，仅含正 $U(1)_F$ 电荷的模型预测 $C_{21} \sim 7r$，若超对称尺度低于图1中的绿色曲线，则在LMA参数范围内，此类模型已被排除。
• 由最重右手中微子主导的模型可自然实现大大气混合与质量分裂，无需调谐，但需更丰富的味对称性（如含混合电荷的 $U(1)_F$）。
• 第三类模型——由最轻右手中微子之一主导——允许更小的 $C_{32}$，使其更易被未来 $\tau\rightarrow\mu\gamma$ 搜索探测。
• 即使软项为普遍且实数，见标机制仍可通过辐射修正产生非零EDM，但 $d_\mu^{FV}$ 始终小于由未观测到 $\tau\rightarrow\mu\gamma$ 所允许的最大值，因此 $d_\mu$ 测量预计无法改善对FV相位的约束。
• 无序模型中 $C_{21} \sim 7y^2$ 的情形在整个超对称参数空间中已陷入危机，因其预测的可观测 $\mu\rightarrow e\gamma$ 率与实验未观测到的结果矛盾。