[论文解读] $\mu o e \gamma$ Decay in an MSSM Extension

Tarek Ibrahim, Ahmad Itani+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 22被引用 6

一句话总结

本文研究了在具有一个矢量型轻子世代的扩展MSSM中μ→eγ衰变，分析了来自杂色子、中性子、轻子、镜像轻子、W/Z玻色子和镜像轻子的单圈贡献。结果表明，新 sector 中的CP破坏相位可显著增强分支比，当前MEG实验的限制约束了该模型的参数空间，而未来改进可能探测到超越MSSM的新物理。

ABSTRACT

An analysis is given of the decay $\\mu \ o e+ \\gamma$ in an MSSM extension with a vectorlike generation. Here mixing with the mirrors allows the possibility of this decay. The analysis is done at the one loop level with the exchange of charginos and neutralinos and of sleptons and mirror sleptons in the loops. A one loop analysis with W and Z boson exchange and mirror leptons and neutrinos is also considered. The effects of CP violating phases from the new sector on the decay $\\mu\ o e \\gamma$ are analyzed in detail. The constraints arising from the current upper limit on the branching ratio ${\\cal{B}}(\\mu\ o {e} \\gamma)$ from the MEG experiment of $2.4\ imes 10^{-12}$ (at 90\\% CL) on the parameter space of SUSY models and on vectorlike models are explored. Further, the MEG experiment is likely to improve the upper limit by an order of magnitude in the coming years. The improved limits will allow one to probe a much larger domain of the parameter space of the extended models.

研究动机与目标

• 研究具有矢量型轻子世代的扩展MSSM中的轻子味破坏，重点关注稀有衰变μ→eγ。
• 考察新sector中CP破坏相位对μ→eγ分支比增强的作用。
• 利用当前MEG实验对B(μ→e+γ)的上限2.4×10−12约束扩展模型的参数空间。
• 评估未来MEG升级对探测该扩展模型参数空间更大区域的潜力。
• 分析杂色子/中性子与W/Z玻色子及镜像轻子在单圈图中的贡献。

提出的方法

• 构建一个包含矢量型轻子世代及其镜像的MSSM扩展，保持异常自由和规范量子数。
• 通过Yukawa耦合f₃, f₄, f₅及其带撇/双撇变体，定义矢量型世代与三个标准世代之间的混合。
• 使用杂色子、中性子、轻子、镜像轻子、W、Z玻色子和镜像轻子在圈图中的贡献，计算μ→eγ的单圈振幅。
• 推导形式因子F₂^{μe}、F₃^{μe}及总振幅的解析表达式，包含来自CP破坏参数的复相位。
• 使用基准参数集进行数值分析，计算分支比B(μ→e+γ)并与MEG限制比较。
• 引入ACME实验对电子电偶极矩dₑ的限制，以进一步约束参数空间。

实验结果

研究问题

• RQ1 在扩展MSSM中，矢量型sector中的CP破坏相位如何影响μ→eγ的分支比？
• RQ2 杂色子、中性子以及W/Z玻色子与镜像轻子的单圈贡献，其μ→eγ分支比的大小如何？
• RQ3 当前MEG限制在多大程度上约束了具有矢量型世代的扩展MSSM的参数空间？
• RQ4 MEG实验灵敏度的未来改进对该模型中探测新物理的覆盖范围有何影响？
• RQ5 在该模型中，电子电偶极矩dₑ与μ→eγ衰变振幅之间存在何种相互作用？

主要发现

• 引入矢量型轻子世代后，通过涉及杂色子、中性子和镜像轻子的单圈图，对μ→eγ的贡献显著。
• 新sector中的CP破坏相位可使分支比增强一个数量级，特定基准情景下可达1.7×10−12。
• 在两个基准情形中，分支比B(μ→e+γ)分别达到1.2×10−13和1.7×10−12，后者接近当前MEG上限2.4×10−12。
• 在两种情形下，电子电偶极矩dₑ被约束在4.7×10−29 e·cm和6.1×10−30 e·cm之间，与ACME限制一致。
• 该模型预测中微子具有非零质量，m_{ν1}、m_{ν2}和m_{ν3}的范围为2.1×10−12至4.7×10−11 eV，具体取决于参数集。
• 未来MEG升级若灵敏度提高一个数量级，将能探测扩展模型参数空间的显著更大区域。