[论文解读] Lepton-flavour violation in the light of leptogenesis and muon g-2

Motoi Endo, Tetsuo Shindou|ArXiv.org|May 7, 2008

Computational Physics and Python Applications参考文献 1被引用 8

一句话总结

该论文表明，μ子反常磁矩（$g-2$）中观测到的差异在具有层级右手中微子的超对称 seesaw 模型中意味着显著的轻子味破坏。它预测 $\text{Br}(\mu \to e\gamma)$ 通常大到足以在即将开展的实验中被探测到，通过跑动方程演化和重子生成约束，将 $g$-2 异常与可观测的轻子味破坏过程联系起来。

ABSTRACT

A discrepancy between the experimental and theoretical results was reported for the anomalous magnetic moment of the muon. In leptogenesis scenarios which are due to a decay of right-handed neutrinos, this anomaly leads to large violations of lepton flavour within the framework of supersymmetric see-saw models. It is shown that for a hierarchical right-handed neutrino mass spectrum, we generically expect to observe μ o e γin the near future experiment.

研究动机与目标

• 探索超对称 seesaw 模型中 μ 子 $g-2$ 异常与轻子味破坏过程之间的关联。
• 评估观测到的 $g-2$ 差异是否意味着在重子生成背景下可探测到 $\mu\to e\gamma$ 的分支比。
• 在右手中微子质量层级的假设下，推导 $\text{Br}(\mu\to e\gamma)$ 的模型无关下限。
• 评估在味破坏贡献中可能出现的抵消对这些预测的鲁棒性影响。
• 研究通过重子生成的轻子生成机制所施加的宇宙学约束如何影响可观测轻子味破坏的可行性。

提出的方法

• 使用一阶跑动方程，将 GUT 能标下的软对称性破缺参数演化至右手中微子能标。
• 应用具有层级右手中微子质量的 seesaw 机制，通过中微子 Yukawa 耦合计算轻子味破坏贡献。
• 利用与 $\left|(Y_N^\dagger Y_N)_{12}\right|^2 \tan^2\beta / m_{\text{SUSY}}^4$ 成比例的公式评估分支比 $\text{Br}(\mu\to e\gamma)$，并引入 RGE 引起的 selectron 混合。
• 通过 chargino/neutralino 量子圈计算 $g$-2 异常贡献，其依赖于 $\delta a_\mu \propto m_\mu^2 \tan\beta / m_{\text{SUSY}}^2$。
• 施加成功重子生成的约束，要求 CP 不对称性 $\epsilon_1 \gtrsim 2\times10^{-6}$ 以产生观测到的重子不对称性。
• 通过要求与 $g$-2 和重子生成均一致，推导出 $\text{Br}(\mu\to e\gamma)$ 的下限，假设不存在意外抵消。

实验结果

研究问题

• RQ1 在超对称 seesaw 模型中，观测到的 μ 子 $g-2$ 异常是否会导致 $\mu\to e\gamma$ 中可观测的信号？
• RQ2 成功重子生成的约束如何塑造 $\text{Br}(\mu\to e\gamma)$ 的下限？
• RQ3 尽管存在大的 $g$-2 异常，味破坏振幅中的抵消在多大程度上可以抑制 $\text{Br}(\mu\to e\gamma)$？
• RQ4 信息源尺度相对于右手中微子尺度的相对位置如何影响轻子味破坏的抑制或增强？
• RQ5 如果在未来近期内观测到 $\mu\to e\gamma$，对 $\tau\to\mu\gamma$ 和 $\tau\to e\gamma$ 有何影响？

主要发现

• 在右手中微子质量层级的假设下，当通过 SUSY 解释 $g$-2 异常且 $\tan\beta > 10$ 时，$\text{Br}(\mu\to e\gamma)$ 通常预测超过 $10^{-13}$。
• 当 $M_2/M_1 > 30$ 且 $\delta a_\mu > 2.1\times10^{-9}$ 时，$\text{Br}(\mu\to e\gamma)$ 的下限为 $> 10^{-13}$，与重子生成要求 $\epsilon_1 \gtrsim 2\times10^{-6}$ 一致。
• 只有当右手中微子味结构不抑制 $|(Y_N^\dagger Y_N)_{12}|$ 时，该预测才对抵消具有鲁棒性，否则可能降低分支比。
• 如果信息源尺度接近右手中微子尺度，由于对数依赖性较弱，轻子味破坏将被抑制，即使存在大的 $g$-2 异常，也可能无法探测。
• 在非简并或近简并右手中微子谱中，CP 不对称性可能增强，从而进一步提高 $\text{Br}(\mu\to e\gamma)$ 超过基线下限。
• 若未来观测到 $\mu\to e\gamma$，将强烈支持重子不对称性起源于重子生成机制，特别是当 $\tau\to\mu\gamma$ 和 $\tau\to e\gamma$ 也同时被观测到时。