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. 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： 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 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

超対称標準模型 超対称性(Supersymmetry,SUSY)： 階層性問題解決 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 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 September 22, 2004 Mitsuru Kakizaki

SUSY フレーバー問題 e.g. K メソン混合： 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 　　 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

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

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 September 22, 2004 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 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

Contents New New 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 September 22, 2004 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 September 22, 2004 Mitsuru Kakizaki

Hadronic EDM の評価 中性子の EDM: 水銀原子の EDM: T を破る核力 CP の破れ [Hisano—Shimizu(2003,2004)] 水銀原子の EDM: CP の破れ 混合 T を破る核力 [Hisano—Shimizu(2003,2004)] September 22, 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 September 22, 2004 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： September 22, 2004 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 September 22, 2004 Mitsuru Kakizaki

3. Flavor violation in SUSY seesaw model

[Yanagida,Gell-man—Ramond--Slansky] 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

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

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 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

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

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 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： September 22, 2004 Mitsuru Kakizaki

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 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 September 22, 2004 Mitsuru Kakizaki

5. Hadronic EDM in Orbifold GUT

Orbifold GUT (5-dim spacetime) Hall—Nomura 模型に着目： [Hall—Nomura, PRD66,075004(2002)] Gauge, Higgs 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 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

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： 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

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

Orbifold GUT における up CEDM New 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

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

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 September 22, 2004 Mitsuru Kakizaki

Backup slides September 22, 2004 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 September 22, 2004 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） September 22, 2004 Mitsuru Kakizaki

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

vs の CP 非対称 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 [Hisano—Shimizu(2003,2004)] 　CP の破れの起源が 　　　　　　　　のとき SM 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 [From Hisano—Shimizu(2004)] September 22, 2004 Mitsuru Kakizaki