Hadronic EDMs in SUSY GUTs

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 Mitsuru Kakizaki

1. Motivation

} 電磁相互作用 } SU(2)L X U(1)Y GUT 弱い相互作用強い相互作用（SU(3)C）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 Mitsuru Kakizaki

超対称標準模型 • 超対称性(Supersymmetry,SUSY)：フェルミオン　　　ボソン e.g. クォーク　　　スクォーク階層性問題解決ゲージノ　　　　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 Mitsuru Kakizaki

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： Mitsuru Kakizaki

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 Mitsuru Kakizaki

アイディア • 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 • GUT： • クォークとレプトンの　フレーバーの統一 • 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　等から SUSY GUT を検証 Mitsuru Kakizaki

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： Mitsuru Kakizaki

Contents • Motivation • Constraints from hadronic EDMs • Flavor violation in SUSY seesaw model • Hadronic EDMs in SUSY SU(5) GUTs with right-handed neutrinos • Hadronic EDM in orbifold GUT • Summary New New Mitsuru Kakizaki

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 Mitsuru Kakizaki

CP の破れ 混合 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 [Hisano—Shimizu(2003,2004)] Mitsuru Kakizaki

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 Mitsuru Kakizaki

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 Mitsuru Kakizaki

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 Mitsuru Kakizaki

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 Mitsuru Kakizaki

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 Mitsuru Kakizaki

3. Hadronic EDMs in SUSY SU(5) GUTswith 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)] Mitsuru Kakizaki

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： Mitsuru Kakizaki

New 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 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： Mitsuru Kakizaki

New 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　　　の小さな領域にも敏感 Mitsuru Kakizaki

5. Hadronic EDM in Orbifold GUT

SU(5) SU(5) SU(3)XSU(2)XU(1) Gauge, Higgs Orbifold GUT (5-dim spacetime) • Hall—Nomura 模型に着目： [Hall—Nomura, PRD66,075004(2002)] 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 • 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 Mitsuru Kakizaki

SM の の zero mode の zero mode 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： • 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 Mitsuru Kakizaki

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 Mitsuru Kakizaki

maximal CP phase を仮定 New Orbifold GUT における up CEDM 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 Mitsuru Kakizaki

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 Mitsuru Kakizaki

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: 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 Mitsuru Kakizaki

Backup slides Mitsuru Kakizaki

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　　　　　　　　で SUSY GUT を示唆 • 小さなニュートリノ質量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 Mitsuru Kakizaki

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） Mitsuru Kakizaki

199Hg EDM • CP violating interaction: T violating nuclear force: Interaction between nuclear and ： Spin of nuclear EDM of 199Hg atom Mitsuru Kakizaki

Belle(2004) BaBar(2004) SM vs　　　　　　の CP 非対称 [Hisano—Shimizu(2003,2004)] • CP の破れの起源が　　　　　　　　のとき • 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 [From Hisano—Shimizu(2004)] Mitsuru Kakizaki

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