[论文解读] The MSSM with a softly broken U(2)^3 flavor symmetry

Andreas Crivellin, Lars Hofer+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用 8

一句话总结

本文提出了一种在MSSM中具有辐射味违反（RFV）的场景，其中仅由软三线性A项破缺的U(2)^3味对称性被用于通过圈修正生成CKM矩阵和夸克质量。与最小味违反（MFV）不同，该模型允许在$B_s \to \mu^+\mu^-$和$B_s$-$\bar{B}_s$混合中存在非退耦合的Higgs双胶子幅值，从而在中等$\tan\beta$下实现$B_s$混合中新的CP破坏相位，同时仍与当前$B_s \to \mu^+\mu^-$的实验约束相容。

ABSTRACT

In this article we review the phenomenological consequences of radiative flavor-violation (RFV) in the MSSM. In the model under consideration the U(3)^3 flavor symmetry of the gauge sector is broken in a first step to U(2)^3 by the top and bottom Yukawa couplings of the superpotential (and possibly also by the bilinear SUSY-breaking terms). In a second step the remaining U(2)^3 flavor symmetry is softly broken by the trilinear A-terms in order to obtain the measured quark masses and the CKM matrix of the Standard Model (SM) at low energies. The phenomenological implications of this model depend on the actual choice of the SUSY breaking A-terms. If the CKM matrix is generated in the down sector (by A^d), Bs->mu^+mu^- receives non-decoupling contributions from Higgs penguins which become important already for moderate values of tan(beta). Also the Bs mixing amplitude can be significantly modified compared to the SM prediction including a potential induction of a new CP-violating phase (which is not possible in the MSSM with MFV).

研究动机与目标

• 解决最小味违反（MFV）与$B_d$和$B_s$混合中新的CP破坏迹象之间的张力。
• 解决$U(3)^3$味对称性与$K$-和$D$-物理中严格约束之间的矛盾。
• 通过在$A$-项破缺$U(2)^3$对称性的框架中实现圈抑制，解释轻夸克质量微小的原因。
• 探索$U(2)^3$破缺$A$-项的物理后果，特别是对$B_s \to \mu^+\mu^-$和$B_s$-$\bar{B}_s$混合的影响。
• 证明该模型可在$B_s$-$\bar{B}_s$混合中生成标准MFV中不存在的新CP破坏相位。

提出的方法

• 假设超势Yukawa耦合$Y^{u(0)}$和$Y^{d(0)}$保持$U(2)^3$对称性，且$A$-项是唯一导致$U(2)^3$破缺的源。
• 执行$U(2)$旋转以对角化$A^{u,d}$矩阵，固定一个非弱基，使得$A$-项具有特定的非对角结构。
• 通过一阶圈辐射修正推导有效夸克质量与CKM矩阵元，其中$m_q \propto A^{q}_{ii}/\mu_A$，且$V_{cb} \propto A^{d}_{23}/\mu_A$。
• 计算Higgs双胶子幅值$\Gamma^{LR}_{sb}$和$\Gamma^{LR}_{bs}$，表明在RFV中其不被$m_s/m_b$抑制，而MFV中则被抑制。
• 引入$V^R_{32} \propto A^{d*}_{32}/\mu_A$以参数化有效耦合，从而可与$V_{ts}$直接比较。
• 利用$\text{Br}(B_s \to \mu^+\mu^-)$的实验约束来限制参数空间，并与$B_s$-$\bar{B}_s$混合相关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 一个具有$A$-项作为唯一味破坏源的$U(2)^3$对称MSSM能否通过辐射修正生成观测到的CKM矩阵和夸克质量？
• RQ2 该模型是否允许在$B_s$-$\bar{B}_s$混合中存在标准MFV场景中不存在的新CP破坏相位？
• RQ3 $B_s \to \mu^+\mu^-$衰变率是否可在不违反当前实验约束的前提下，超越MFV预测？
• RQ4 在该RFV框架中，Higgs胶子幅值对$B_s$-$\bar{B}_s$混合的贡献如何随$\tan\beta$变化，与MFV相比？
• RQ5 在该模型下，$m_H$–$\tan\beta$平面上$B_s \to \mu^+\mu^-$与$B_s$-$\bar{B}_s$混合之间存在何种关联？

主要发现

• 该模型通过$A$-项引起的圈修正生成CKM矩阵和夸克质量，利用圈抑制解释了轻夸克质量的微小性。
• 当CKM矩阵通过$A^{d}_{23}$在下夸克 sector 中生成时，$\Gamma^{LR}_{sb}$与$A^{d}_{23}/\mu_A$成正比，导致在中等$\tan\beta$下$B_s \to \mu^+\mu^-$中出现非退耦合效应。
• $B_s$-$\bar{B}_s$混合振幅可因未被抑制的$\Gamma^{LR}_{bs}$而显著改变，且在此框架中其与$\Gamma^{LR}_{sb}$不通过夸克质量比关联。
• 由于$A$-项诱导的$V^R_{32}$耦合不受$V_{ts}$约束，因此可在$B_s$-$\bar{B}_s$混合中实现新的CP破坏相位，这在MFV中不可能。
• 当$m_H = 400\,\text{GeV}$，$\tan\beta = 11$，且$\epsilon_b = 0.0075$时，存在一个区域使得该模型可解释$B_s$-$\bar{B}_s$混合中的新相位，同时与当前$\text{Br}(B_s \to \mu^+\mu^-) \leq 1.08 \times 10^{-8}$的约束相容。
• 该模型中$B_s \to \mu^+\mu^-$与$B_s$-$\bar{B}_s$混合之间的关联可通过LHCb探测，若在$B_s$-$\bar{B}_s$混合中观测到信号，则意味着$B_s \to \mu^+\mu^-$中可观测的增强。