Transcript 1．Motivation - Bonn Theory Group

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
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
3
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
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
4
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：
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
5
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
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
6
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
September 22, 2004
等から SUSY GUT を検証
Mitsuru Kakizaki
7

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
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
8
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
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
9
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
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
11
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)]
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
12
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
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
13
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：

September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
CEDM同士の相殺は
ないと仮定
14
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
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
15
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
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
17
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
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
18
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)]
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
20
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：
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
21
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：
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
22
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
September 22, 2004
の小さな領域にも敏感
Mitsuru Kakizaki
23
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

September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
25
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
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
26
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
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
27
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
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
28
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
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
29
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
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
30
Backup slides
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
31
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
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
32
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）
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
33
199Hg
EDM

CP violating interaction:
T violating nuclear force:
Interaction between nuclear and ：
Spin of nuclear
EDM of 199Hg atom
September 22, 2004
Mitsuru Kakizaki
34
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

September 22, 2004
SM
[From Hisano—Shimizu(2004)]
Mitsuru Kakizaki
35