[论文解读] Neutrino radiative decay and lepton flavor violation in supersymme tric models

Marie-Bernadette Causse|ArXiv.org|Feb 11, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文研究了在右手中微子存在的超对称模型中，中微子的辐射衰变（$\bar{\nu}_\tau \to \nu_\mu + \gamma$）与轻子味破坏（LFV），采用最小超对称标准模型（MSSMRN）和$SU(5)$大统一理论（SU(5)RN）。通过多质量插入法计算跃迁磁矩，发现当混合角较大且超对称参数与遗迹密度一致时，特别是对于重的右手中微子，其磁矩可达到或超过标准模型预测值（1.32×10⁻¹⁹ $m_\nu$/eV）。

ABSTRACT

The radiative decay of neutrino,such as (\bar{ν_τ}: \longrightarrow: ν_μ+γ), in the minimal supersymmetric standard model with right-handed neutrinos (MSSMRN) and in the (SU(5)) grand unified theory with right-handed neutrinos((SU(5)RN))model is examined.In these models,the transition magnetic moment of neutrino is directly proportional to the neutrino mass.For different values on SUSY parameters (compatible with the relic density) and for large mixing angle solution to the atmospheric neutrino problem,the transition magnetic moment can be a few times greater than,or comparable to,the value of the standard model (with a right-handed neutrino singlet added).

研究动机与目标

• 研究右手中微子存在的超对称模型中，中微子的辐射衰变，特别是 $\bar{\nu}_\tau \to \nu_\mu + \gamma$。
• 评估MSSMRN与含右手中微子的$SU(5)$大统一理论（SU(5)RN）中的轻子味破坏（LFV）。
• 使用多质量插入法计算这些模型中马约拉纳中微子的跃迁磁矩。
• 在遗迹密度约束下，确定超对称参数与右手中微子质量对磁矩的影响。
• 通过见习机制中的共同汤川耦合，探讨中微子振荡与LFV过程之间的联系。

提出的方法

• 使用多质量插入法，计算MSSMRN与SU(5)RN模型中，中性杂交子对 $\bar{\nu}_\tau \to \nu_\mu + \gamma$ 衰变的贡献振幅。
• 纳入选择子质量混合与中性杂交子区的混合，尤其关注第二与第三代之间大混合，这与大气中微子数据一致。
• 采用包含重右手中微子的见习机制，假设汤川耦合与上型夸克相似。
• 利用解析表达式计算费曼积分，包括 $H_a$、$H_d$、$H_e$、$I$、$f$、$g$、$h$ 与 $F$ 等函数。
• 通过费曼参数的数值积分计算振幅，其中 $X_{\widetilde{W}_n} = M_2^2 / \overline{M}_n^2$ 与 $X_{\widetilde{\mu}_n} = \mu^2 / \overline{M}_n^2$。
• 依赖DarkSUSY与Suspect2之间的接口进行数值分析，确保超对称参数与遗迹密度约束一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有右手中微子的超对称模型中，马约拉纳中微子的跃迁磁矩是否可达到或超过标准模型预测值？
• RQ2 由大气中微子数据支持的第二与第三代选择子态之间大混合角，如何影响 $\bar{\nu}_\tau \to \nu_\mu + \gamma$ 的辐射衰变速率？
• RQ3 右手中微子质量与汤川耦合在生成轻子味破坏及增强磁矩方面起什么作用？
• RQ4 超对称参数（如 $M_2$、$\mu$）与遗迹密度约束在多大程度上影响预测的磁矩？
• RQ5 是否同一组汤川耦合既能解释中微子质量生成，又能显著介导带电轻子衰变中的LFV？

主要发现

• 在MSSMRN与SU(5)RN模型中，中微子的跃迁磁矩可与标准模型值（$1.32 \times 10^{-19} \, \text{eV}^{-1} \times m_\nu$）相当，甚至达到其数倍。
• 当第二与第三代选择子态之间混合角较大（与大气中微子问题的大混合角解一致）时，磁矩显著增强。
• 磁矩对右手中微子质量仍保持敏感，重的 $M_R$ 会导致更大的磁矩值。
• 数值结果表明，在与遗迹密度兼容的超对称参数下，磁矩可达到 $\sim 10^{-19} \, \text{eV}^{-1}$，接近或超过标准模型预测值。
• 多质量插入法成功捕捉了中性杂交子与选择子混合的主导贡献，解析积分通过依赖参数的函数（如 $H_a$、$I$ 与 $F$）进行评估。
• 本研究证实，见习机制中的汤川耦合可同时解释中微子质量与可观测的LFV过程（包括辐射衰变）。