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LFV, g-2 and EDM

LFV, g-2 and EDM. 久野純治 ( 名大 ) the 1st H-Line Workshop 2012 年 5 月 18 日 - 5 月 19 日 東京 大学 総合文化研究科 16 号館 8 階 会議室 駒場 キャンパスマップ. これから 10 年の素粒子物理. TeV スケールの物理の解明 電弱対称性の破れの起源 階層性問題（電弱スケールの起源） 宇宙の暗黒物質の正体 ニュートリノ質量の起源？ 宇宙のバリオン数の起源？ 素粒子標準模型 (SM) を超える物理 (BSM) 新しい対称性 新しい素粒子 新しい相互作用 新たな対称性の破れ

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  1. LFV, g-2 and EDM 久野純治(名大) the 1st H-Line Workshop 2012年5月18日- 5月19日 東京大学 総合文化研究科 16号館8階会議室 駒場キャンパスマップ

  2. これから10年の素粒子物理 TeVスケールの物理の解明 • 電弱対称性の破れの起源 • 階層性問題（電弱スケールの起源） • 宇宙の暗黒物質の正体 • ニュートリノ質量の起源？ • 宇宙のバリオン数の起源？ 素粒子標準模型(SM)を超える物理 (BSM) • 新しい対称性 • 新しい素粒子 • 新しい相互作用 • 新たな対称性の破れ （候補） 超対称標準模型、余剰次元、Little Higgs模型、etc.

  3. BSM探索のための道具 • LHC実験 • ILC実験 • TeVスケールの物理の直接探索 • （低エネルギーでの）高統計実験 • 精密な理論の予言 • 　　　禁止課程、抑制過程 • 対称性の破れの探索 エネルギー フロンティア 精密測定 天体物理学 • 地下実験（ニュートリノ、暗黒物質） • 宇宙論

  4. 小林・益川メカニズム確立までの（長い）歴史小林・益川メカニズム確立までの（長い）歴史 標準模型におけるCP対称性の破れの起源 3世代、クォーク混合行列のユニタリティ • K中間子におけるCP対称性の破れの発見（64） • 小林・益川メカニズム誕生（73） • タウレプトンの発見（７５）、Υ(bb)の発見（77） • B中間子系の混合の発見（81） • 直接的CPの破れの発見（88）と検証（99） • トップの発見（99） • B中間子系でのCPの破れの発見(01) 素粒子物理学の発展はエネルギーフロンティアと精密測定 の両輪により実現

  5. 大域的対称性の破れの探索 近似的大域的対称性の破れ　 • CP対称性の破れ　（CKM行列） • レプトンフレーバー対称性の破れ　（ニュートリノ振動） • レプトン数（L）, バリオン数（B）の破れ　（宇宙のバリオン数非対称）

  6. 大域的対称性の破れの探索 近似的大域的対称性の破れ　 • CP対称性の破れ　（CKM行列） 電気双極子能率（EDM) • レプトンフレーバー対称性の破れ　（ニュートリノ振動） 荷電レプトンフレーバー数非保存過程(cLFV) レプトンユニバーサリティの破れ • レプトン数（L）, バリオン数（B）の破れ　（宇宙のバリオン数非対称） 0νダブルベータ崩壊 陽子崩壊

  7. 大域的対称性の破れの探索 TeVスケールの物理 に高い感度 （今日のテーマ） 近似的大域的対称性の破れ　 • CP対称性の破れ　（CKM行列） 電気双極子能率（EDM) • レプトンフレーバー対称性の破れ　（ニュートリノ振動） 荷電レプトンフレーバー数非保存過程(cLFV) レプトンユニバーサリティの破れ • レプトン数（L）, バリオン数（B）の破れ　（宇宙のバリオン数非対称） 0νダブルベータ崩壊 陽子崩壊

  8. ミューオン(g-2) 、レプトンフレーバー非保存過程、EDM ミューオン(g-2), , レプトンEDMの次元５の有効演算子 ミューオン(g-2): ミューオンEDM: muon (g-2)の標準模型からのズレが標準模型を超える物理からくるのであれば、その理論は　　　　　　　　やミューオンEDMを予言する？

  9. 今日のテーマ • 荷電レプトンの異常磁気双極子能率 • 荷電レプトンフレーバー数保存の破れ事象 • ハドロンおよびレプトンの電気双極子能率

  10. ミューオンの異常磁気双極子能率(g-2)

  11. ミューオン(g-2) ミューオン(g-2)への様々な寄与: QED Up to 5-loop leading Kinoshita et al Hadronic vacuum polarization (HVP) Light-by-light scattering (LbyL) Electroweak at two-loop level Beyond SM 実験値（BNK-E821）

  12. ミューオン(g-2) ミューオン(g-2)への様々な寄与: QED Up to 5-loop leading Kinoshita et al Hadronic vacuum polarization (HVP) Light-by-light scattering (LbyL) Electroweak at two-loop level Beyond SM 実験値（BNK-E821） Experimental value（BNK-E821） SMの予言は実験値から〜３σのズレ SMの予言の不定性：HVPとLbyLの寄与 12 (from Nomura-san’s paper)

  13. Hadronicvacuum polarization　（HVP) • R比からのHVPの評価 R比 • HVPの最新の評価 (leading order)： (Hagiwara et al, 11) (Davieral, 10) (Jegerlehner and Szafran, 11)

  14. Hadronicvacuum polarization　（HVP) • R比からのHVPの評価 R比 • HVPの最新の評価 (leading order)： (Hagiwara et al, 11) (Davieral, 10) (Jegerlehner and Szafran, 11) • タウのハドロンへの崩壊を使った評価 (Davieral, 09)

  15. Light-by-light scattering（LbyL) • LbyLの寄与の評価は“模型”に依存。 • Prades, Rafael, Vainshteinが複数の模型の評価とその誤差を比較検討。 • 　格子ゲージ理論による評価

  16. ミューオン(g-2)測定の将来計画 (From Letter of Intent:New Measurement of Muon Anomalous Magnetic Moment g-2 and Electric Dipole Moment at J-PARC)

  17. 標準模型を超える理論におけるミューオン(g-2) ミューオン(g-2)の有効演算子: 多くの模型において、　　　　　　　　　　程度の大きさの寄与を予言することは困難である。 　　　　（参照値）W/Zボゾンの寄与:

  18. 標準模型を超える理論におけるミューオン(g-2) ミューオン(g-2)の有効演算子: 多くの模型において、　　　　　　　　　　程度の大きさの寄与を予言することは困難である。 多くの模型において、　　　　　　　　　　　　程度の大きさの寄与を予言することは困難である。 超対称標準模型（MSSM)は、２つヒッグス二重項を持つことから、大きな補正が可能： Reference value: 　　　　（参照値）W/Zボゾンの寄与: 　　　　（参照値）W/Zボゾンの寄与:

  19. LHCによる超対称粒子探索 ３σでミューオン（ｇ−２）を説明 CMSSM（Constrained MSSM)：ベンチマーク模型 ~1TeV 以下の質量のスクォーク、グルイーノを棄却

  20. Cosmic relation? Dark Z (mass 10-500MeV) generates interaction between DM particles.It may have kinetic/mass mixing with photon/Z. (Marciano et al)

  21. 荷電レプトンフレーバー(cLFV)数保存の破れ事象荷電レプトンフレーバー(cLFV)数保存の破れ事象

  22. 荷電レプトンフレーバー数保存の破れ • 過程 • conversion in nuclei • Muonium-antimuonium transition: • 過程

  23. 荷電レプトンフレーバー数保存の破れ • 過程 • conversion in nuclei • Muonium-antimuonium transition: • 過程 ニュートリノ質量項の導入 レプトンフレーバー数保存を破るがGIM機構によりcLFV過程は強く抑制 ：MNS行列

  24. 荷電レプトンフレーバー数保存の破れ • 過程 • conversion in nuclei • Muonium-antimuonium transition: • 過程 MEG実験が昨年更新 MEG (Phase I) のゴールは (1-2) * 10-13 将来計画 将来計画: Br ~10-15-16 ? (PSI, Music?) 将来計画: DeeMe (J-parc): Rme ~10-14 Mu2e (Fermilab), COMET (J-parc):Rme~10-16 PRISM/PRIME (J-parc)Rme~10-18 Bfactory実験により Br~10-（７−８）レベルまで到達。 Super KEKBはBr~10-（９−１０）

  25. 標準模型を超える物理におけるcLFV過程 ミューオンLFVの有効相互作用： Naïve estimate Future Current これまでの観測からの制限より　　　　は105GeV以上に制限、将来実験の感度は106-7GeVに達する。 タウの有効相互作用に対しては104GeV程度の制限がついている。

  26. 標準模型を超える物理におけるcLFV過程 ミューオンLFVの有効相互作用： (ISS Physics Working Group Collaboration,09)

  27. cLFVの有効演算子の決定 異なるcLFV過程の相関を見る Muon-e conversion in nucleiのターゲットの原子数の依存性 (Cirigliano, Kitano, Okada, Tuzon,10)

  28. 超対称模型 超対称性の破れにより生じるスレプトンの質量項がレプトンフレーバー対称性を破る。 スレプトン 質量行列 レプトン 質量行列 超対称性 の破れ SUSY Seesaw model minimal SUSY SU(5) GUT SuperKEKB MEG MEG COMET/Mu2e COMET/Mu2e (JH, Nagai, Paradisi,09)

  29. TeVスケールの物理のcLFV 提案されている多くのTeVスケールの模型でcLFVが予言されている。 SM on Randall&Sundrum BG • SM particles propagate over curved 5th dim. space. • Overlapping of wave functions of quark/lepton and Higgs explains hierarchical structure. • Kaluza-Klain particles have large flavor-violating interactions. (Agache et al) Littlest-Higgs model with T parity • SM Higgs is pseude NG boson. • T parity is imposed to escape from EW precision test and also to introduce the DM candidate. • T-odd mirror leptons/quarks have flavor-violating interactions. (Blanke et al)

  30. cLFVの有効演算子の決定 偏極ミューオンの利用 (1) - P-odd asymmetry in polarized decay into . SUSY SU(5) GUT with right-handed neutrinos (JH, Nagai, Paradisi,09)

  31. cLFVの有効演算子の決定 偏極ミューオンの利用 (2) T-odd asymmetry in polarized decay into . T-odd in SUSY Seesaw (JH, Lola, Raidal, Ellis, 01)

  32. ハドロンおよびレプトンの電気双極子能率

  33. 電気双極子能率（EDM） スピンSの粒子の電気双極子能率（EDM）と磁気双極子能率（MDM) 空間(P)および時間反転(T)に対して • EDMはT-odd、P-odd。 • CPT対称性のもとCP対称性の破れに感度。

  34. EDMの起源 QCDにおけるCPの破れ レプトンのEDM 電子・クォーク、 クォーク・クォーク相互作用 ( From the report of the “Flavour in the era of the LHC” Workshop, 88’)

  35. EDMの起源 分子、原子、中性子のEDMの測定 QCDにおけるCPの破れ レプトンのEDM 電子・クォーク、 クォーク・クォーク相互作用 (YbF, 11’) 将来: (06’) 将来: (09’)

  36. EDMの起源 貯蔵リングによる荷電粒子のEDMの測定 分子、原子、中性子のEDMの測定 QCDにおけるCPの破れ レプトンのEDM 電子・クォーク、 クォーク・クォーク相互作用 -(21-24) ミューオンの将来: (YbF, 11’) 将来: (06’) 将来: P, DのEDMの将来: (09’)

  37. 標準模型におけるEDM CPの破れの起源：クォークの世代間遷移に現れる小林･益川位相 (3ループダイアグラム) （２ループ、ただし長距離効果） (4ループダイアグラム） （クォークEDM) （中性子EDM)

  38. TeVスケールの物理とEDM CMSSM（Constrained MSSM)：２つのCP位相 • 　電子EDMからの制限 中性子EDM • 中性子EDMからの制限 電子EDM (Pospelov &Ritz)

  39. “Minimal” Electroweak Baryogenesis (Groujean) • Particle contentsはSMと同じ。 • 　繰り込み不可能な相互作用を加える。 • EDMが２ループで生成され、 • 　　その測定は重要なテスト 一時相転移 CP対称性の破れ (Huber, Pospelov,Ritz)

  40. フレーバー対称性の破れによるEDM フレーバー数非保存の相互作用が複数存在、相対位相によりEDMが導かれる。（超対称模型、多ヒッグス模型など） 超対称模型におけるレプトンのEDM (JH, Nagai, Paradisi) 右巻、左巻スレプトン質量項に世代混合が存在。

  41. BSM探索のための道具 • LHC実験 • ILC実験 • TeVスケールの物理の直接探索 • （低エネルギーでの）高統計実験 • 精密な理論の予言 • 　　　禁止課程、抑制過程 • 対称性の破れの探索 エネルギー フロンティア • 新物理が見つかっても、見つからなくても重要である。 • 新しい理論、新しいアイデア、実験で新たな地平が広がっている。 精密測定 天体物理学 • 地下実験（ニュートリノ、暗黒物質） • 宇宙論

  42. 126 GeV Higgs boson is discovered ? ヒッグスボゾン質量(ツリー＋1ループ補正) （　　　　　　　　　　,　　　　　　　　　　　　　） グレー： 波線： From Draper et al

  43. 126 GeV Higgs boson is discovered ? We need some devices to predict 126 GeV Higgs boson in SUSY SM, such as heavy SUSY, large A term, extra vector-like matter, singlet. The gauge mediation models with vector-like matter (Endo et al.)

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