• Tidak ada hasil yang ditemukan

PDF Phenomenology of SUSY neutrinophilic Higgs GUT - TWCU

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2024

Membagikan "PDF Phenomenology of SUSY neutrinophilic Higgs GUT - TWCU"

Copied!
33
0
0

Teks penuh

(1)

Phenomenology of 

SUSY neutrinophilic Higgs GUT

Kunio KANETA (Osaka Univ.)

in collaboration with N. Haba (Osaka Univ.)

Y. Shimizu (Tohoku Univ.) 14 Mar. 2012 @Kobe Univ.

workshop “Beyond the Standard Model and The Origin Of Higgs”

(2)

Contents

1. Introduction  

2. Gauge Coupling Unification

3. Flavor Violating processes

4. Summary

(3)

1. Introduction

(4)

1. Introduction

☆ Introduction to νHDM Question:

Why neutrino masses are tiny comparing to other fermions?

mνe/me < 105, . . . e.g)

models provide why       is tiny A lot of explanations (models):

For example,

m

ν

∼ y

ν

� φ � y

ν

models provide what is origin of mν ∼ yν2 �φ��φ�

M

M

let us consider another possibility

with

“neutrinophilic Higgs doublet model (νHDM)”

m

ν

∼ y

ν

� φ

ν

φν� ∼ 0.1 eV

(5)

How can       get tiny VEV?

☆ Higgs potential

V = ! m

"2

| " |

2

+ m

"2#

| "

#

|

2

+ m

32

( "

"

#

+ "

#

" ) + $

1

2 | " |

4

+ $

2

2 | "

#

|

4

+ $

3

| " |

2

| "

#

|

2

+ $

4

("

"

#

)("

#

") + $

5

2 [("

"

#

)

2

+ ("

#

")

2

]

| m32 | ! m!2 ,m!2"

☆Higgs potential:

NH, M.Hirotsu Eur. Phys. J. C69, 481 (2010).

fields Z2-charge

SM fields (SM Higgs: Φ)

νR: N

νHiggs doublet:Φν

☆ Z2 sym. (which distinguishes Φν from Φ )

☆Yukawa interactions:

LYukawa = yuQ!U + ydQ!D + yeL!E + y"L!"N +M NcN

!"#$%&%$'(&

)$*+#$,$&%$'(&

wanted vacuum is 

  〈Φ〉~100 GeV ≫ 〈Φν〉~0.1 eV/yν (Dirac) or 0.1 MeV/yν (Majorana)

E. Ma (2001, 2006), E. Ma and M. Raidal  (2001), N. H. and K. Tsumura (2010),  N. H. and O. Seto (2010)

F. Wang, W. Wang and J. M. Yang (2006),  S. Gabriel and S. Nandi (2007), G. Marshall,  M. McCaskey, M. Sher (2010), S. M. 

Davidson and H. E. Logan (2009, 2010),

NH, M.Hirotsu Eur. Phys. J. C69, 481 (2010).

with       symmetryZ2

(to distinguish        from       )

φ

ν

φ

N.Haba, M.Hirotsu, Eur.Phys.J. C69, 481 (2010)

1. Introduction

φ

ν
(6)

☆ Higgs potential

V = ! m

"2

| " |

2

+ m

"2#

| "

#

|

2

+ m

32

( "

"

#

+ "

#

" ) + $

1

2 | " |

4

+ $

2

2 | "

#

|

4

+ $

3

| " |

2

| "

#

|

2

+ $

4

("

"

#

)("

#

") + $

5

2 [("

"

#

)

2

+ ("

#

")

2

]

| m32 | ! m!2 ,m!2"

☆Higgs potential:

NH, M.Hirotsu Eur. Phys. J. C69, 481 (2010).

fields Z2-charge

SM fields (SM Higgs: Φ)

νR: N

νHiggs doublet:Φν

☆ Z2 sym. (which distinguishes Φν from Φ )

☆Yukawa interactions:

LYukawa = yuQ!U + ydQ!D + yeL!E + y"L!"N +M NcN

!"#$%&%$'(&

)$*+#$,$&%$'(&

wanted vacuum is 

  〈Φ〉~100 GeV ≫ 〈Φν〉~0.1 eV/yν (Dirac) or 0.1 MeV/yν (Majorana)

E. Ma (2001, 2006), E. Ma and M. Raidal  (2001), N. H. and K. Tsumura (2010),  N. H. and O. Seto (2010)

F. Wang, W. Wang and J. M. Yang (2006),  S. Gabriel and S. Nandi (2007), G. Marshall,  M. McCaskey, M. Sher (2010), S. M. 

Davidson and H. E. Logan (2009, 2010),

NH, M.Hirotsu Eur. Phys. J. C69, 481 (2010).

with       symmetryZ2

(to distinguish        from       )

φ

ν

φ

soft        symmetry breaking mass parameterZ2

N.Haba, M.Hirotsu, Eur.Phys.J. C69, 481 (2010)

1. Introduction

How can       get tiny VEV?

φ

ν
(7)

V = !m"2 | " |2 +m"2# | "# |2 +m32(""# + "#")+ $1

2 | " |4 + $2

2 | "# |4 +$3 | " |2| "# |2 +$4(""# )("#") + $5

2 [(""# )2 + ("#")2]

| m32 | ! m!2 ,m!2"

dV

d! = 0 " #!$ = 2m!2

%1

V

!"#

!

☆Higgs potential:

NH, M.Hirotsu Eur. Phys. J. C69, 481 (2010).

☆ Higgs potential

N.Haba, M.Hirotsu, Eur.Phys.J. C69, 481 (2010)

1. Introduction

How can       get tiny VEV?

φ

ν
(8)

| m32 | ! m!2 ,m!2"

V

!"#

V = !m"2 | " |2 +m"2# | "# |2 +m32(""# + "#") + $1

2 | " |4 + $2

2 | "# |4 +$3 | " |2| "# |2 +$4(""# )("#") + $5

2 [(""# )2 + ("#")2]

!"#$

!"

dV

d! = 0 " #!$ = 2m!2

%1

☆Higgs potential:

NH, M.Hirotsu Eur. Phys. J. C69, 481 (2010).

dV

d!" = 0 # $!"% ! m32$!%

m!2"

!

☆ Higgs potential

� φ

ν

� � � φ �

N.Haba, M.Hirotsu, Eur.Phys.J. C69, 481 (2010)

1. Introduction

How can       get tiny VEV?

φ

ν

large       & tinym2φν

m

23

“see-saw”

(9)

☆ SUSY SU(5) GUT embedded νHDM

by the way, there is a fascinating relation among 3 scales ...

TeV

2

∼ m

ν

× M

GUT

Energy 1016 GeV

TeV 0.1 eV

an accident?  or  indicating new physics?

1. Introduction

N.Haba, Europhys.Lett., 96 (2011) 21001

(10)

☆ SUSY SU(5) GUT embedded νHDM

by the way, there is a fascinating relation among 3 scales ...

TeV

2

∼ m

ν

× M

GUT

Energy 1016 GeV

TeV 0.1 eV

an accident?  or  indicating new physics?

as a positive stance

m

ν

∼ TeV

2

/M

GUT

1. Introduction

N.Haba, Europhys.Lett., 96 (2011) 21001

(11)

☆ SUSY SU(5) GUT embedded νHDM

by the way, there is a fascinating relation among 3 scales ...

TeV

2

∼ m

ν

× M

GUT

Energy 1016 GeV

TeV 0.1 eV

an accident?  or  indicating new physics?

as a positive stance

m

ν

∼ TeV

2

/M

GUT

1. Introduction

�Hν()� ∼ ρ()�Hu(d)�/M

O(1) TeV

M

GUT

SUSY

dynamically realized

N.Haba, Europhys.Lett., 96 (2011) 21001

W

h

= µH

u

H

d

+ M H

ν

H

ν

+ ρH

u

H

ν

+ ρ

H

ν

H

d
(12)

☆ SUSY SU(5) GUT embedded νHDM

by the way, there is a fascinating relation among 3 scales ...

TeV

2

∼ m

ν

× M

GUT

Energy 1016 GeV

TeV 0.1 eV

1. Introduction

O(1) TeV

M

GUT

SUSY SU(5) GUT

W

hGUT

= M

0

trΣ

2

+ λtrΣ

3

+ 5Σ¯5 − M

1

5¯5 + 5

ν

Σ¯5

ν

− M

2

5

ν

¯5

ν

N.Haba, Europhys.Lett., 96 (2011) 21001

(similar model: R.Kitano, PLB539, 102 (2002))

W

h

= µH

u

H

d

+ M H

ν

H

ν

+ ρH

u

H

ν

+ ρ

H

ν

H

d
(13)

☆ SUSY SU(5) GUT embedded νHDM

by the way, there is a fascinating relation among 3 scales ...

TeV

2

∼ m

ν

× M

GUT

Energy 1016 GeV

TeV 0.1 eV

1. Introduction

O(1) TeV

M

GUT

SUSY SU(5) GUT

W

hGUT

= M

0

trΣ

2

+ λtrΣ

3

+ 5Σ¯5 − M

1

5¯5 + 5

ν

Σ¯5

ν

− M

2

5

ν

¯5

ν

N.Haba, Europhys.Lett., 96 (2011) 21001

(similar model: R.Kitano, PLB539, 102 (2002))

W

h

= µH

u

H

d

+ M H

ν

H

ν

+ ρH

u

H

ν

+ ρ

H

ν

H

d
(14)

☆ SUSY SU(5) GUT embedded νHDM

by the way, there is a fascinating relation among 3 scales ...

TeV

2

∼ m

ν

× M

GUT

Energy 1016 GeV

TeV 0.1 eV

1. Introduction

O(1) TeV

M

GUT

SUSY SU(5) GUT

W

hGUT

= M

0

trΣ

2

+ λtrΣ

3

+ 5Σ¯5 − M

1

5¯5 + 5

ν

Σ¯5

ν

− M

2

5

ν

¯5

ν

N.Haba, Europhys.Lett., 96 (2011) 21001

(similar model: R.Kitano, PLB539, 102 (2002))

W

h

= µH

u

H

d

+ M H

ν

H

ν

+ ρH

u

H

ν

+ ρ

H

ν

H

d
(15)

☆ SUSY SU(5) GUT embedded νHDM

by the way, there is a fascinating relation among 3 scales ...

TeV

2

∼ m

ν

× M

GUT

Energy 1016 GeV

TeV 0.1 eV

1. Introduction

O(1) TeV

M

GUT

SUSY SU(5) GUT

W

hGUT

= M

0

trΣ

2

+ λtrΣ

3

+ 5Σ¯5 − M

1

5¯5 + 5

ν

Σ¯5

ν

− M

2

5

ν

¯5

ν

non-renormalizable term contributions (e.g. Giudice-Masiero mech.)

N.Haba, Europhys.Lett., 96 (2011) 21001

(similar model: R.Kitano, PLB539, 102 (2002))

and     can be SUSY scale

W

h

= µH

u

H

d

+ M H

ν

H

ν

+ ρH

u

H

ν

+ ρ

H

ν

H

d

ρ ρ

(16)

2. Gauge Coupling Unification

(17)

2. Gauge coupling unification

☆ minimal SU(5) GUT

・For gauge coupling unification (GCU) 

(       threshold correction)

・For avoiding proton decay

it is difficult to take satisfying parameters ...

GeV

GeV

m

T

∼ 5 × 10

14

m

T

> 2 × 10

16

T

T

: color triplet Higgs let us remember the mass of color-triplet Higgs
(18)

☆ SUSY neutrinophilic Higgs GUT matter sector superpotential

2. Gauge coupling unification

i, j : family 

W = 1

4 f

uij

10

i

10

j

H + √

2f

dij

10

i

¯5

j

H ¯ + f

νij

1

i

¯5

j

Φ

ν
(19)

☆ SUSY neutrinophilic Higgs GUT matter sector superpotential

2. Gauge coupling unification

i, j : family 

(      diagonalizes       )

V

D

m

ν

¯5 = { (V

D

)

ij

D ¯

j

, (V

D

)

ij

L

j

} 10 = { Q

i

, U

i

, (V

KM

)

ij

E ¯

j

}

in MSSM fields

W = 1

4 f

uij

10

i

10

j

H + √

2f

dij

10

i

¯5

j

H ¯ + f

νij

1

i

¯5

j

Φ

ν

1 = { N ¯

i

}

(20)

☆ SUSY neutrinophilic Higgs GUT

2. Gauge coupling unification

i, j : family 

Φ

ν

= { T

ν

, H

ν

}

matter sector superpotential

in MSSM fields

H = { T, H

u

}

H¯ = {T , H¯ d}

W = f

ui

Q

i

U

i

H

u

+ (V

KM

)

ij

f

dj

Q

i

D

j

H

d

+ f

di

E

i

L

i

H

d

− f

νi

V

Dij

N

i

L

j

H

ν

+ f

uj

(V

KM

)

ji

E

i

U

j

T − 1

2 f

ui

Q

i

Q

i

T

+ (V

KM

)

ij

f

dj

U

i

D

j

T ¯ − (V

KM

)

ij

f

dj

Q

i

L

j

T ¯ + f

νi

V

Dij

N

i

D

j

T

ν

W = 1

4 f

uij

10

i

10

j

H + √

2f

dij

10

i

¯5

j

H ¯ + f

νij

1

i

¯5

j

Φ

ν
(21)

2. Gauge coupling unification

☆ SUSY neutrinophilic Higgs GUT

W = fuiQiUiHu + (VKM )ijfdjQiDjHd + fdiEiLiHd − fνiVDijNiLjHν + fuj(VKM)jiEiUjT − 1

2fuiQiQiT

+ (VKM )ijfdjUiDjT¯ − (VKM )ijfdjQiLjT¯ + fνiVDijNiDjTν

(22)

avoiding proton decay

2. Gauge coupling unification

☆ SUSY neutrinophilic Higgs GUT

(e.g.)

τ(p K+ν¯e) > 1033 (years)

Q

Q Q ˜ Q L ˜

L

W ,˜ Z,˜ B˜

T ˜ m

T

> 2 × 10

16 GeV

W = fuiQiUiHu + (VKM )ijfdjQiDjHd + fdiEiLiHd − fνiVDijNiLjHν + fuj(VKM)jiEiUjT − 1

2fuiQiQiT

+ (VKM )ijfdjUiDjT¯ − (VKM )ijfdjQiLjT¯ + fνiVDijNiDjTν

(23)

nothing to do with proton decay

however,         contributes         running.

T

ν

α

s

m

Tν

∼ 5 × 10

14

GeV

and

compatible with GCU and proton-stability mTν ∼ 5 × 1014 GeV for GCU

2. Gauge coupling unification

☆ SUSY neutrinophilic Higgs GUT

m

T

> 2 × 10

16

GeV

W = fuiQiUiHu + (VKM )ijfdjQiDjHd + fdiEiLiHd − fνiVDijNiLjHν + fuj(VKM)jiEiUjT − 1

2fuiQiQiT

+ (VKM )ijfdjUiDjT¯ − (VKM )ijfdjQiLjT¯ + fνiVDijNiDjTν

(24)

3. Flavor Violating processes

(25)

3. Flavor Violating processes

☆ SUSY neutrinophilic Higgs GUT

W = fuiQiUiHu + (VKM )ijfdjQiDjHd + fdiEiLiHd − fνiVDijNiLjHν + fuj(VKM)jiEiUjT − 1

2fuiQiQiT

+ (VKM )ijfdjUiDjT¯ − (VKM )ijfdjQiLjT¯ + fνiVDijNiDjTν

(26)

☆ SUSY neutrinophilic Higgs GUT

3. Flavor Violating processes

L

i

L

j

N

k

fνkVDki fνkVDkj

N

k

fνkVDki fνkVDkj

D

i

D

j

MP MTν

MP MTν

below the GUT scale directly related with neutrino mixing flavor off-diagonal components for slepton and down-type squark

(δm2L)ij � − fν2k

2(VD)ki(VD)kj(3m20 + a20) log (δm2D)ij � − fν2k

2(VD)ki(VD)kj(3m20 + a20) log

W = fuiQiUiHu + (VKM )ijfdjQiDjHd + fdiEiLiHd − fνiVDijNiLjHν + fuj(VKM)jiEiUjT − 1

2fuiQiQiT

+ (VKM )ijfdjUiDjT¯ − (VKM )ijfdjQiLjT¯ + fνiVDijNiDjTν

H

ν

T

ν
(27)

3. Flavor Violating processes

comparison with SU(5) + right-handed neutrinos (Majorana)

☆ SUSY SU(5) GUT with

N

R

☆ SUSY neutrinophilic Higgs GUT

W = 1

4 f

uij

10

i

10

j

H + √

2f

dij

10

i

¯5

j

H ¯ + f

νij

1

i

¯5

j

Φ

ν

W = 1

4 f

uij

10

i

10

j

H + √

2f

dij

10

i

¯5

j

H ¯ + f

νij

1

i

¯5

j

H + M

ij

1

i

1

j
(28)

3. Flavor Violating processes

☆ SUSY SU(5) GUT with

N

R

☆ SUSY neutrinophilic Higgs GUT

comparison with SU(5) + right-handed neutrinos (Majorana)

W = fuiQiUiHu + (VKM )ijfdjQiDjHd + fdiEiLiHd − fνiVDijNiLjHν + fuj(VKM)jiEiUjT − 1

2fuiQiQiT

+ (VKM )ijfdjUiDjT¯ − (VKM )ijfdjQiLjT¯ + fνiVDijNiDjTν

W = fuiQiUiHu + (VKM )ijfdjQiDjHd + fdiEiLiHd − fνiVDijNiLjHu + fuj(VKM)jiEiUjT − 1

2fuiQiQiT + 1

2MijNiNj

+ (VKM )ijfdjUiDjT¯ − (VKM )ijfdjQiLjT¯ + fνiVDijNiDjT

(29)

3. Flavor Violating processes

☆ SUSY SU(5) GUT with

N

R

☆ SUSY neutrinophilic Higgs GUT

MP MTν

Li Lj

Nk

fνkVDki fνkVDkj

D

i Dj

Nk

fνkVDki fνkVDkj

M

P

M

N MP MTν

(       diagonalizes MVM N)

comparison with SU(5) + right-handed neutrinos (Majorana)

(δm2L)ij � − fν2k

2(VD)ki(VD)kj(3m20 + a20) log (δm2D)ij � −fν2k

2(VD)ki(VD)kj(3m20 + a20) log

M

P

M

T

(δm2L)ij � −fνkfνm

2 (VD)ki(VM )lk(VM)lm(VD)mj(3m20 + a20) log

(δm2D)ij � −fνkfνm

2 (VD)ki(VM )lk(VM)lm(VD)mj(3m20 + a20) log

(MT > MGUT)

W = fuiQiUiHu + (VKM )ijfdjQiDjHd +fdiEiLiHd fνiVDijNiLjHν +fuj(VKM)jiEiUjT 1

2fuiQiQiT

+ (VKM )ijfdjUiDjT¯ (VKM )ijfdjQiLjT¯ +fνiVDijNiDjTν

W = fuiQiUiHu + (VKM )ijfdjQiDjHd +fdiEiLiHd fνiVDijNiLjHu +fuj(VKM)jiEiUjT 1

2fuiQiQiT + 1

2MijNiNj

+ (VKM )ijfdjUiDjT¯ (VKM )ijfdjQiLjT¯ + fνiVDijNiDjT

H

u

T

(30)

3. Flavor Violating processes

☆ SUSY SU(5) GUT with

N

R

☆ SUSY neutrinophilic Higgs GUT

MP MTν

M

P

M

N

MP MTν

・In SUSY SU(5) with       , if        mass matrix is       ,

       in SUSY νH GUT is larger than that of SUSY SU(5) with

N

R

( > 6 %)

・Predictability is improved in SUSY neutrinophilic Higgs GUT    because neutrinos have only Dirac mass.

⇨ Let us focus on      , andµ → eγ, τ → µγ

b → sγ

N

R

comparison with SU(5) + right-handed neutrinos (Majorana)

(δm2L)ij � − fν2k

2(VD)ki(VD)kj(3m20 + a20) log

(δm2D)ij � −fν2k

2(VD)ki(VD)kj(3m20 + a20) log

(δm2L)ij � −fνkfνm

2 (VD)ki(VM )lk(VM)lm(VD)mj(3m20 + a20) log

(δm2D)ij � −fνkfνm

2 (VD)ki(VM )lk(VM)lm(VD)mj(3m20 + a20) log

M

P

M

T

(MT > MGUT)

N

R

M

ij

= M

i

δ

ij

(δm2D)ij

(31)

3. Flavor Violating processes

Br(b ) Br(µ )

large θ13 region becomes restricted in

µ → eγ

m1/2 (GeV)

500 600 700

Preliminary

800
(32)

Br(b ) Br(τ µγ)

3. Flavor Violating processes

(When θ13 becomes large,      )Br(τ µγ)/Br(µ ) 10

m1/2 (GeV)

500 600 700

Preliminary

800
(33)

3. Summary

・tiny neutrino mass can be realized by introducing 

We discussed GCU and Flavor Violation in SUSY neutrinophilic Higgs GUT

(neutrino Yukawa can be of order 1) In SUSY neutrinophilic Higgs GUT,

In νHDM

・gauge coupling unification and proton decay can be compatible    because         can be lighter than GUT scale.

・LFV and      are correlated with each other,

   and      can be larger than SUSY SU(5) + right-handed neutrino.

b → sγ

work in progress

other B physics

φ

ν

T

ν

・Flavor violating processes are directly related with MNS matrix.

Br(b )

・If        ~ GUT and        ~ SUSY scale,      ~ 0.1 eV.

M

φν

m

3

m

ν

/y

ν

= � φ

ν

Referensi

Dokumen terkait