Hadronic EDMs in SUSY GUTs
柿崎 充 (東京大学宇宙線研究所)
Sep. 22, 2004 @東京工業大学
Refs.:
 J. Hisano, M. K., M. Nagai and Y. Shimizu, ’’Hadronic EDMs in SUSY SU(5)
GUTs with right-handed neutrinos,’’ hep-ph/0407169 (査読中)
 J. Hisano, M. K. and M. Nagai, in preparation

SUSY GUT の模型に対して
hadronic EDM が与える影響、制限の考察
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
1
1. Motivation
大統一理論
(Grand unified theory,
GUT)

標準模型(Standard model, SM)のゲージ群の統一:
}
電磁相互作用
SU(2)L X U(1)Y
弱い相互作用
強い相互作用(SU(3)C)
} GUT
電荷の量子化を説明
 クォーク・レプトンの統一:
e.g. SU(5) GUT:
クォークとレプトンの世代(フレーバー)構造に関係
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超対称標準模型

超対称性(Supersymmetry,SUSY):
フェルミオン
e.g. クォーク
ゲージノ

ボソン
スクォーク
階層性問題解決
ゲージ粒子
超対称粒子は未発見
SUSY は破れている
SUSYを(ソフトに)破る項が必要
e.g. ソフトスフェルミオン質量項:
世代
新たに世代構造を持つパラメータが導入される
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SUSY フレーバー問題
任意のスフェルミンの質量・世代混合
実験と矛盾するほど大きなフレーバーを破る過程
(flavor changing neutral current, FCNC)
c.f. SM では FCNC は GIM 機構で抑制

e.g. K メソン混合:
制限:
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SUSY フレーバー問題に対する試
み
1. Degeneracy:
e.g. minimal supergravity (mSUGRA):

でスフェルミオン質量は縮退
 スフェルミオン混合は繰り込みの効果で生じる
2. Alignment:
 フェルミオン質量・混合角を支配する法則が
スフェルミンの世代混合も支配
稼働中、将来の rare process の探索で測定、識別可能
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アイディア
GUT:
 クォークとレプトンの
フレーバーの統一
ソフトな破れを持つSUSY:
 パラメータに厳しい制限
 観測可能な FCNC, CPの破れ
SUSY GUT: 実際にゲージ結合定数が一致
 スクォークとスレプトンの質量行列も統一
ハドロンセクターの現象を調べることで
レプトンセクターの物理を予言できる(逆も同じ)
K, B の物理
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等から SUSY GUT を検証
Mitsuru Kakizaki
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
最近 Hisano—Shimizu により、SUSY 模型において
CP を破るスクォークの世代混合が
hadronic EDM 実験から厳しく制限されることが示された
[Hisano—Shimizu(2003,2004)]
今日のトークの目的:
 SUSY GUT の模型に対して hadronic EDM が
与える影響、制限を調べる
 SU(5) SUSY GUT with right-handed neutrino
 Orbifold GUT
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Contents
1.
2.
3.
4.
Motivation
Constraints from hadronic EDMs
Flavor violation in SUSY seesaw model
Hadronic EDMs in SUSY SU(5) GUTs
with right-handed neutrinos
5. Hadronic EDM in orbifold GUT
6. Summary
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2. Constraints from
hadronic EDMs
CEDM

クォーク の chromoelectric dipole moment (CEDM)
CP と T の破れ

軽いクォーク
の CEDM により
原子、中性子の EDM が生じる
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Hadronic EDM の評価

中性子の EDM:
CP の破れ
[Hisano—Shimizu(2003,2004)]

水銀原子の EDM:
T を破る核力
混合
CP の破れ
[Hisano—Shimizu(2003,2004)]
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スクォーク混合起源のCEDM

スクォーク質量行列のCPを破る非対角成分
クォークの CEDM:
重いクォーク質量により CDEM は増幅
LL,RR混合の積
に厳しい制限
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EDM 実験からの制限

現在の中性子(水銀)EDM実験の制限:
クォーク CEDM に対する制限:
スクォーク混合に対する制限:

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CEDM同士の相殺は
ないと仮定
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High energy SUSY breaking

大きな top Yukawa 結合、CKM行列の存在
輻射補正によりスダウンLL混合が免れない
EDM 実験は実質的にスダウンRR混合を制限:
c.f.
CPを破る1-3,2-3混合は厳しく抑制
B メソン系における CP の破れへの寄与が制限
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3. Flavor violation
in SUSY seesaw model
シーソー機構 [Yanagida,Gell-man—Ramond--Slansky]

ニュートリノ振動現象の検出
ニュートリノに小さな質量が存在
 標準模型に右巻ニュートリノ
を導入:
小さなニュートリノ質量は大きな質量の存在で
自然に理解できる
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荷電レプトンフレーバーの破れ
(Lepton flavor violation, LFV)
ニュートリノ振動
レプトン混合行列:
フレーバーを変える
右巻ニュートリノの Yukawa 結合
 輻射補正によりスレプトンに世代混合:

[Borzumati—Masiero]
荷電レプトンフレーバーの破れ
将来実験で観測可能
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3. Hadronic EDMs
in SUSY SU(5) GUTs
with right-handed neutrinos
右巻ニュートリノを持つ
SUSY SU(5) GUTs

SU(5):
GUT CP 位相
SU(5)
ニュートリノ Yukawa 結合により右巻スダウンにも
大きな世代混合が発生、スレプトン質量行列と相関:
[Moroi(2000)]
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EDM vs LFV


Hadronic EDM 実験は
を厳しく制限
SU(5) GUT relation:
CP 位相がO(1)のとき
LFV tau 崩壊の分岐比の上限が得られる:
c.f. 現在の実験値:
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リノ
におけるストレンジクォークの
CEDM
maximal CP phase を仮定
Deutron EDM (Future)
mSUGRA
Right-handed tau neutrino mass

中性子のEDM実験が既に右巻きタウニュートリノの
質量に制限を与えている:
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SUSY SU(5) GUT + 右巻ニュートリノ
におけるダウンクォークのCEDM
maximal CP phaseを仮定
mSUGRA
Deutron EDM (Future)
Right-handed tau neutrino mass

将来のEDM実験は
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の小さな領域にも敏感
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5.
Hadronic EDM in Orbifold GUT
Orbifold GUT (5-dim spacetime)

Hall—Nomura 模型に着目:[Hall—Nomura, PRD66,075004(2002)]
SU(5)
SU(5)
SU(3)XSU(2)XU(1)
時空:
Gauge, Higgs
軽いヒグス二重項、重いヒグス三重項を実現
 ゲージ結合定数の実験値を説明
 ゲージボソンによる陽子崩壊を抑制
 SUSY フレーバー問題を回避

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Orbifold GUT のフレーバー構造

SM の
は異なるバルク多重項から生じる:
SM の
の zero mode
の zero mode

Up-type Yukawa 結合:
4d の観点では SU(5) GUT ではない
は対称行列にならない
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Orbifold GUT のスクォーク混
合

バルク場が SUSY の破れを感じる:
(up クォーク質量行列が対角な基底)
Generic には
up CEDM は大きな top クォーク質量で増幅され危険
c.f. GUT w/ mSUGRA:
up CEDM には bottom Yukawa しか寄与しない
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Orbifold GUT における up CEDM

maximal CP phase を仮定
Hg EDM

Matter location が
フレーバー構造を支配
Hadronic EDM 実験は orbifold GUT における
matter location を制限
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Loopholes



hadronic EDM の評価には
ハドロンの物理に起因する大きな不定性があ
る
SM を超える物理においては CP を破る
パラメータは非常に小さいかもしれない
様々な CP を破るパラメータが偶然に
相殺しているのかもしれない
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6. Summary


EDM はフレーバーを保存する過程だが、
フレーバーを破るパラメーターにも厳しい制限を
与える EDM 実験は SUSY GUT の模型を制限する
Hadronic

SU(5) SUSY GUTs with right-handed neutrinos:

Orbifold GUT:
matter location を制限
 様々なクォーク・レプトンフレーバーの絡む現象を
調べることで SUSY GUT の物理を探れる
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Backup slides
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SUSY GUTs
with right-handed neutrinos
程度の質量の超対称粒子が存在する

と
高エネルギースケール

小さなニュートリノ質量
で
SUSY GUT を示唆
シーソー機構を示唆
SM を越える物理として
右巻きニュートリノを持つ SUSY GUT が有望
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フレーバー構造

クォーク・レプトンスーパーフィールド:

スーパーポテンシャル:
クォーク混合(CKM)行列
レプトン混合(MNS)行列
GUT 位相(CKM位相とは独立)
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199Hg
EDM

CP violating interaction:
T violating nuclear force:
Interaction between nuclear and :
Spin of nuclear
EDM of 199Hg atom
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vs
の CP 非対
称
[Hisano—Shimizu(2003,2004)]

CP の破れの起源が
のとき
Belle(2004)
BaBar(2004)
中性子 EDM の制限を
踏まえると、
のCP 非対称は
SM 予言値からずれない

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SM
[From Hisano—Shimizu(2004)]
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ダウンロード

1.Motivation - Bonn Theory Group