September 22, 2004

Mitsuru Kakizaki 1

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

SUSY GUT の模型に対して hadronic EDM が与える影響、制限の考察

SUSY GUT の模型に対して hadronic EDM が与える影響、制限の考察

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

1. Motivation

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大統一理論（ Grand unified theory, GUT ）

クォーク・レプトンの統一：e.g. SU(5) GUT:

標準模型（ Standard model, SM ）のゲージ群の統一：

強い相互作用（ SU(3)C ）}SU(2)L X U(1)Y}電磁相互作用

弱い相互作用 GUT

クォークとレプトンの世代（フレーバー）構造に関係クォークとレプトンの世代（フレーバー）構造に関係

電荷の量子化を説明

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ゲージノ　　　　ゲージ粒子e.g. クォーク　　　 スクォーク

超対称標準模型

世代e.g. ソフトスフェルミオン質量項：

超対称性 (Supersymmetry,SUSY) ：

超対称粒子は未発見　 SUSY は破れている

フェルミオン　　　ボソン

SUSY を（ソフトに）破る項が必要

新たに世代構造を持つパラメータが導入される新たに世代構造を持つパラメータが導入される

階層性問題解決

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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)

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)

SUSY フレーバー問題

制限：

e.g. K メソン混合：

c.f. SM では FCNC は GIM 機構で抑制

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SUSY フレーバー問題に対する試み

2. Alignment:

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

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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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）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 　

アイディア

等から SUSY GUT を検証

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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

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：

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Contents

1. Motivation2. Constraints from hadronic EDMs3. Flavor violation in SUSY seesaw model4. Hadronic EDMs in SUSY SU(5) GUTs

with right-handed neutrinos5. Hadronic EDM in orbifold GUT6. Summary

2. Constraints from hadronic EDMs

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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

水銀原子の EDM:

中性子の EDM:

[Hisano—Shimizu(2003,2004)]

[Hisano—Shimizu(2003,2004)]

CP の破れ

混合

CP の破れ

T を破る核力

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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

重いクォーク質量により CDEM は増幅

クォークの CEDM ：

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： 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

EDM 実験は実質的にスダウン RR 混合を制限：c.f.

輻射補正によりスダウン LL 混合が免れない

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

3. Flavor violation 　　 in SUSY seesaw model

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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

シーソー機構

標準模型に右巻ニュートリノ　　　を導入：

[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

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荷電レプトンフレーバーの破れ（ Lepton flavor violation, LFV)

フレーバーを変える右巻ニュートリノの Yukawa 結合

荷電レプトンフレーバーの破れ

輻射補正によりスレプトンに世代混合：

将来実験で観測可能

ニュートリノ振動

[Borzumati—Masiero]

レプトン混合行列：

3. Hadronic EDMs 　 in SUSY SU(5) GUTs 　 with right-handed neutrinos

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右巻ニュートリノを持つSUSY SU(5) GUTs

[Moroi(2000)]

SU(5):

SU(5)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：

GUT CP 位相

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EDM vs LFV

c.f. 現在の実験値：

SU(5) GUT relation:

Hadronic EDM 実験は　　　　　　　　を厳しく制限

LFV tau 崩壊の分岐比の上限が得られる：CP 位相が O(1) のとき

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SUSY SU(5) GUT + 右巻ニュートリノにおけるストレンジクォークのCEDM

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： 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：

Deutron EDM (Future)

Right-handed tau neutrino mass

mSUGRA

maximal CP phase を仮定

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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

将来の EDM 実験は　　　の小さな領域にも敏感 将来の EDM 実験は　　　の小さな領域にも敏感

mSUGRA

Deutron EDM (Future)

Right-handed tau neutrino mass

maximal CP phase を仮定

5. Hadronic EDM in Orbifold GUT

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Orbifold GUT (5-dim spacetime)

Gauge, Higgs

SU(5) SU(5) SU(3)XSU(2)XU(1)

時空：

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

SUSY フレーバー問題を回避 ゲージボソンによる陽子崩壊を抑制

Hall—Nomura 模型に着目：[Hall—Nomura, PRD66,075004(2002)]

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4d の観点では SU(5) GUT ではない　　は対称行列にならない

Orbifold GUT のフレーバー構造

Up-type Yukawa 結合：

SM の の zero mode

の zero mode

SM の は異なるバルク多重項から生じる：

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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）

c.f. GUT w/ mSUGRA ：up CEDM には bottom Yukawa しか寄与しない

Generic にはup CEDM は大きな top クォーク質量で増幅され危険Generic にはup CEDM は大きな top クォーク質量で増幅され危険

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Orbifold GUT における up CEDM

Hadronic EDM 実験は orbifold GUT におけるmatter location を制限

Hadronic EDM 実験は orbifold GUT におけるmatter location を制限

Hg EDM

maximal CP phase を仮定

Matter location が　フレーバー構造を支配

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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

Hadronic EDM 実験は SUSY GUT の模型を制限する SU(5) SUSY GUTs with right-handed neutrinos:

Orbifold GUT:

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

matter location を制限

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Backup slides

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　　　　　　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　　　　　　　　で　　　　　　　　　　　　　　　　　　

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

SUSY GUTs with right-handed neutrinos

　小さなニュートリノ質量

シーソー機構を示唆SUSY GUT を示唆

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スーパーポテンシャル：

クォーク・レプトンスーパーフィールド：

フレーバー構造

GUT 位相（ CKM 位相とは独立）

クォーク混合（ CKM ）行列レプトン混合（ MNS ）行列

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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

[From Hisano—Shimizu(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

SM

Belle(2004)

BaBar(2004)

[Hisano—Shimizu(2003,2004)]

　 CP の破れの起源が　　　　　　　　のとき