[论文解读] mu-->e+gamma Decay Rate in the MSSM with Minimal Flavour Violation

Momchil Davidkov, D. I. Kazakov|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用 3

一句话总结

本文在最小 flavor 规范（MFV）框架下，计算了最小超对称标准模型（MSSM）中轻子味破坏衰变 μ→eγ 的分支比，强调了 PMNS 混合矩阵和中微子混合角 θ13 的作用。研究发现，衰变率对 θ13 和 tan β 极其敏感，当前实验上限强烈限制了高 tan β 情形，除非 θ13 很小，因此该衰变是探测标准模型之外新物理的有力工具。

ABSTRACT

The branching ratio for the mu-->e+gamma decay in the framework of the minimal flavour violation in the MSSM is calculated for various regions of the MSSM parameter space. The lepton flavour violation goes through the PMNS mixing matrix. The dependence on tanbeta is studied in comparison with experimental data. The results crucially depend on the mixing angle theta_{13}. Observation of this decay would serve as a manifestation of new physics beyond the SM.

研究动机与目标

• 在最小 flavor 规范（MFV）假设下，计算 MSSM 中稀有轻子味破坏衰变 μ→eγ 的分支比。
• 研究衰变速率对中微子混合角 θ13 的依赖性，特别是通过 PMNS 矩阵的影响。
• 利用当前实验对 Br(μ→eγ) 的上限，约束 MSSM 参数空间——特别是 m₀、m₁/₂、A₀ 和 tan β。
• 在考虑 μ→eγ 衰变速率和中微子振荡数据的前提下，评估高 tan β 情形在 MSSM 中的可行性。

提出的方法

• 采用最小 flavor 规范（MFV）框架，抑制 MSSM 中的味改变中性流，确保轻子味破坏仅通过 PMNS 混合矩阵产生。
• 利用涉及带电粒子、带电 Higgs 和右手上清中微子的 penguin 图计算 μ→eγ 衰变振幅，其中主要贡献来自右手上清中微子圈图。
• 采用包含三个混合角和 CP 相位的 PMNS 矩阵参数化，但假设 CP 守恒，并将 θ13 固定为全局拟合值 sin²θ13 = 0.016。
• 对三个基准点：(m₀, m₁/₂) = (500, 500)、(500, 900) 和 (1500, 250) GeV，数值计算了分支比关于 A₀、tan β 和 θ13 的依赖关系。
• 将结果与 MEG（≤2.8×10⁻¹¹）和 MEGA（≤1.2×10⁻¹¹）的实验上限进行比较，利用这些上限约束 MSSM 参数空间。
• 通过将 sin θ13 视为选定图表中的自由参数，敏感分析其对分支比的影响，显示分支比与 sin²θ13 成正比。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 MFV 框架下的 MSSM 中，μ→eγ 衰变速率如何依赖于中微子混合角 θ13，特别是 sin²θ13？
• RQ2 当前对 Br(μ→eγ) 的实验上限对 MSSM 参数 tan β、A₀ 和 m₀/m₁/₂ 施加了何种约束？
• RQ3 在 μ→eγ 衰变速率对 θ13 敏感且存在当前实验限制的前提下，MSSM 中的高 tan β 情形是否仍具可行性？
• RQ4 分支比在 MSSM 参数空间的不同区域（如焦点点区域和共湮灭区域）如何变化？
• RQ5 当与 θ13 测量结合时，μ→eγ 衰变速率在多大程度上比其他稀有衰变更严格地探测 MSSM 参数空间？

主要发现

• μ→eγ 的分支比与 sin²θ13 成正比，因此在 θ13 为零的极限下趋于零，表明该衰变对这一混合角极为敏感。
• 对于基准点 (m₀, m₁/₂) = (500, 500) GeV，分支比随 A₀ 和 tan β 增大而增加，但即使 A₀ 很小，当 tan β ≲ 35 时，分支比仍被限制在 2.8×10⁻¹¹ 以下。
• 在 (1500, 250) GeV 基准点，分支比随 A₀ 增大而减小，与轻量级超对称粒子情形的趋势相反。
• MEG 实验给出的 2.8×10⁻¹¹ 上限排除了 tan β ≳ 35 的高值，除非 sin²θ13 极小，这与当前全局拟合结果一致。
• 如果 sin²θ13 达到 0.056（99.73% 置信水平上限），即使 tan β 很小，分支比也会超过实验限制，表明对大 θ13 值施加了强烈约束。
• 结果表明，若 θ13 较大，将排除 MSSM 中的高 tan β 区域；而为与 μ→eγ 实验限制和暗物质丰度保持一致，必须要求 θ13 很小。