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- みさき あきくぼ
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1 Based on J. Hisano, T. Kuwahara, N. Nagata, Phys. Lett. B723 (2013) 324, J. Hisano, D. Kobayashi, T. Kuwahara, N. Nagata, JHEP 1307 (2013) 038, N. Nagata, S. Shirai, JHEP 1403 (2014) 049.
2 1. Introduc+on 2. High- scale Supersymmetry 3. SUSY GUT in high- scale SUSY 4. Proton Decay in high- scale SUSY 5. Conclusions and discussion
3 1. Introduc,on
4 Ø Ø Ø
5 60 N. Sakai (1981) S. Dimopoulos and H. Georgi (1981) α U(1) SU(2) SU(3) Log 10 (Q/GeV) S. P. Mar+n, arxiv:
6 SUSY SM TeV EW
7 SUSY SM [GeV] m 1/ MSUGRA/CMSSM: tanβ = 10, A = 0, µ>0 0 ATLAS -1 L dt = 4.7 fb, Combined s=7 TeV SUSY Observed limit (±1 σ ) theory Expected limit (±1 σ exp ) TeV τ 500 LSP 400 ~ q (1000) ~ q (1400) q ~ (1800) -1 PLB 710 (2012) 67-85, 1.04 fb LEP Chargino ~ No EWSB g (1200) ~ g (1000) EW ~ q (600) ~ g (600) ~ g (800) m 0 [GeV]
8 SUSY SM Events / 2 GeV TeV 1000 EW g 3500 ATLAS s=7 TeV, Ldt=4.8fb -1 s=8 TeV, Ldt=5.9fb (a) Data Sig+Bkg Fit (m =126.5 GeV) H Bkg (4th order polynomial) τ 500 LSP 400 H ~ g (600) [GeV] m 1/ MSUGRA/CMSSM: tanβ = 10, A = 0, µ>0 0 ~ q (600) ~ q (1000) ~ q (1400) q ~ (1800) ATLAS -1 L dt = 4.7 fb, Combined s=7 TeV SUSY Observed limit (±1 σ ) theory Expected limit (±1 σ exp ) -1 PLB 710 (2012) 67-85, 1.04 fb LEP Chargino ~ No EWSB g (1200) ~ g (1000) ~ g (800) m 0 [GeV]
9 SUSY SM Events / 2 GeV TeV 1000 EW g 3500 ATLAS s=7 TeV, Ldt=4.8fb -1 s=8 TeV, Ldt=5.9fb (a) Data Sig+Bkg Fit (m =126.5 GeV) H Bkg (4th order polynomial) τ 500 LSP 400 H ~ g (600) [GeV] m 1/ MSUGRA/CMSSM: tanβ = 10, A = 0, µ>0 0 ~ q (600) ~ q (1000) ~ q (1400) q ~ (1800) ATLAS -1 L dt = 4.7 fb, Combined s=7 TeV SUSY Observed limit (±1 σ ) theory Expected limit (±1 σ exp ) -1 PLB 710 (2012) 67-85, 1.04 fb LEP Chargino ~ No EWSB g (1200) ~ g (1000) ~ g (800) m 0 [GeV]
10
11 Ø ( stop ) Ø ( CP ) Ø Ø w/ ( )
12
13 N. Sakai, T. Yanagida (1982) S. Weinberg (1982) H. Murayama and A. Pierce (2002) Super- Kamiokande
14 2. High- scale Supersymmetry
15 (M Pl : the reduced Planck scale)
16
17
18 Scalar Par cles Gravi no Higgsinos Gauginos ( ) Gluino Bino Wino
19 質量スペクトル Scalar Par!cles Gravi!no Higgsinos MS = 10(2-4) TeV Gauginos (ループ因子の分軽くなる) ヒッグス質量を説明 mh>127gev Gluino tanb 10 Bino 135GeV Wino 130GeV tanβは小さい 125GeV 120GeV mh<115.5gev MSUSY êtev M. Ibe, S. Matsumoto, T. Yanagida (2012)
20 Scalar Par cles Gravi no Higgsinos M S = 10 (2-4) TeV Gauginos ( ) Gluino Bino Wino O(1) TeV pure gravity media.on, M. Ibe, T. Moroi, T. T. Yanagida (2007) simply unnatural supersymmetry, N. Arkani- Hamed, et.al. (2012) spread supersymmetry, L. J. Hall and Y. Nomura (2012) mini- split, A. Arvanitaki, et.al. (2012)
21 3. SUSY GUT in high- scale SUSY
22 S. Dimopoulos and H. Georgi (1981) N. Sakai (1981) (M HC : )
23 SU(5) SU(3) C SU(2) L U(1) Y
24 J. Hisano, H. Murayama, T. Yanagida (1992).
25 (1- loop in DR scheme)
26 Ø Ø Ø Ø
27 M Hc M 3 /M 2 = 3 M 3 /M 2 = 9 M 3 /M 2 = μ H = M S M 2 = 3TeV tanβ = 3 M S (TeV) J. Hisano, T. Kuwahara, N. Nagata, Phys. Leb. B723 (2013) 324.
28 μ H = M S M S = 10 3 TeV tanβ = 3 M GUT M 2 = 300GeV M 2 = 3TeV 10 1 M 3 (TeV) M GUT J. Hisano, T. Kuwahara, N. Nagata, Phys. Leb. B723 (2013) 324.
29 50 U(1) 28 High- scale SUSY α SU(2) SU(3) Scale (GeV) α 1 Zoom Scale (GeV) Low- scale SUSY
30 4. Proton decay in high- scale SUSY
31 = CKM
32 Q i Q k U i U k H C H C H C H C LLLL Q i L l E j D l RRRR LLLL RRRR
33 LLLL RRRR
34 At SUSY scale g, W, B, H u,d
35 Minimal Flavor Viola+on q L q L ll ( q L ) q L (l L ) d R (s R ) t R τ R u R W H u Hd q L (a) LLLL l L (q L ) s L (d L ) (b) RRRR (ν τ ) L T. Goto and T. Nihei (1999) V. Lucas and S. Raby (1997) μ H >> M 2
36
37 2 J. Raaf, NNN 2013 Super- Kamiokande amiokande ure water m.w.e.) in Kamioka ch Inner PMTs Outer D) PMTs 00% 1996年開始 ton の水を用いたチェレンコフ検出器 Atmospheric%ν% ~1% GeV% cos c = 1/n TeV% チェレンコフ光から電子とミューオンを区別できる
38 Hyper- Kamiokande Lifetime limit 90 CL (years) Hyper-Kamiokande Super-Kamiokande Year
39 p K+ν + + in Water!K Cherenkov + in Water Chere!K in inwater Water!K Cherenkov Cherenkov 1, 2013,# /.#0.-# J. Raaf, NNN 2013 November 11, J. Raaf, NNN 2013 *#+(,# *#+(,# -.//.#0.-# -.//.#0.-# $%&# *#+(,# Improvements in Improvements in -.//.#0.-# $%&#$%&# p νk+ p νk+ $'()# 64 % $'()#$'()# $%&# 21 % $'()# momentum reconstruction Better momentum reconstruction gging efficiency!"#$ %&'($)*+,-./,0$!"&$$!"1$ %2,3$,4,)5-*26)70$!"8$ + 4はチェレンコフ光を出す敷居を超えないので "10.-#.23## #4 5# 5#γ-tagging efficiency!"#$ %&'($)*+,-./,0$!"&$$!"1$ %2,3$,4,)5-*26)70$!"8$ K & es atmospheric ν BG "10.-#.23## #!?<5##>#!"#$!@<"##># %&'($)*+,-./,0$!"&$$!"1$ %2,3$,4,)5-*26)70$!"8$!;<=##>#!;<@##># 4#5# #! "10.-#.23##!"#$ %&'($)*+,-./,0$!"&$$ 6789(28:!;<=##># ν BG!?<5##>#!;<@##>#!@<"##># 33 止まっているK中間子を探すことになる Reduces atmospheric decay-electron tagging # # > 5.9 "10 years 5<G# (90% 55#&0:F 5<?# 5<*# 5<G#!;<=##># 5<G#!?<5##># 6789(28:!;<@##># CL)!@<"##># # #!!;<=##># 5<G#!?<5##># A.8&-'BC23#'.0( #DE!55#&0:F 5<?# 5<*# 6789(28:!; 33 ncy B Better decay-electron tagging + # > 5.9 "10 years A.8&-'BC23#'.0(#DE!55#&0:F p!" K 5<?# 5<*# 5<G# 5<G# (289()#.23#%.8&-'BC23#'.0()#.J('#.2.K:)9)#9/L'BM(/(20# SK-I+II+III+IV Preliminary # A.8&-'BC23#'.0( #DE!55#&0:F 5<?# 5<*#,III ~80% cf. SK-IV ~96% H(I#(789(289()#.23#%.8&-'BC23#'.0()#.J('#.2.K:)9)#9/L'BM(/(20# 酸素原子核中の陽子が崩壊したことによる 励起 efficiency '(K9/92.':#Q5!?R#HB# ()S#Q*5#&0B2#:'#DNO#!4Q4?4GFR# B p!" K + H(I#(789(289()#.23#%.8&-'BC23#'.0()#.J('#.2.K:)9)#9/L'BM(/(20# NCL('1O#P'(K9/92.':#Q5!?R#HB# ()S#Q*5#&0B2#:'#DNO#!4Q4?4GFR# SK-I+II+III+ 0 ed particle ID and new π された窒素原子が出すガンマ線でタグ SK-I,II,III ~80% cf. SK-IV ~96% H(I#(789(289()#.23#%.8&-'BC23#'.0()#.J('#.2.K:)9)#9/ NCL('1O#P'(K9/92.':#Q5!?R#HB# ()S#Q*5#&0B2#:'#DNO#!4Q4?4GFR# struction algorithm NCL('1O#P'(K9/92.':#Q5!?R#HB# ()S#Q*5#&0B2#:'#DN 0 d π+π0 Refined particle ID and new π!"# SK-I SK-IIalgorithmSK-III reconstruction (20% coverage) SK-IV (new electronics)!"#!"#
40 lifetime (years) M S = μ M 2 = 3 TeV M 16 = GeV tanβ = 3 tanβ = 5 Hc tanβ = 10 tanβ = 30 tanβ = M S (TeV) J. Hisano, D. Kobayashi, T. Kuwahara, N. Nagata (2013).
41 30»m B é» =»m W é» = 3 TeV,»m g é» = 10 TeV neutron Kaon EDM mixing 10 mæ3e tanb tanb mæe conv. mæeg electron EDM charm mixing mæe conv. electron EDM neutron EDM Kaon mixing M h = 125.5±1 GeV 3 1 mæeg mæ3e charm mixing M h = 125.5±1 GeV m q é = m l é =»m» HTeVL W. Altmannshofer, R. Harnik, J. Zupan, JHEP 1311 (2013) 202.
42 30»m B é» =»m W é» = 3 TeV,»m g é» = 10 TeV neutron Kaon EDM mixing 10 mæ3e tanb tanb mæe conv. mæeg electron EDM charm mixing mæe conv. electron EDM neutron EDM Kaon mixing q i q j g q I M h = 125.5±1 GeV q J g q j q i 3 1 mæeg mæ3e charm mixing M h = 125.5±1 GeV m q é = m l é =»m» HTeVL W. Altmannshofer, R. Harnik, J. Zupan, JHEP 1311 (2013) 202.
43 30»m B é» =»m W é» = 3 TeV,»m g é» = 10 TeV neutron Kaon EDM mixing 10 mæ3e tanb tanb mæe conv. mæeg electron EDM charm mixing mæe conv. electron EDM neutron EDM Kaon mixing M h = 125.5±1 GeV g γ (g) 3 1 mæeg mæ3e u L charm mixing M h = 125.5±1 GeV m q é = m l é =»m» HTeVL ũ L t L t R ũ R u R W. Altmannshofer, R. Harnik, J. Zupan, JHEP 1311 (2013) 202.
44 30»m B é» =»m W é» = 3 TeV,»m g é» = 10 TeV neutron Kaon EDM mixing 10 mæ3e tanb mæe conv. tanb mæeg electron EDM charm mixing mæe conv. electron EDM neutron EDM Kaon mixing M h = 125.5±1 GeV 3 O(10 2 )TeV mæeg charm mixing 1 mæ3e M S M h = 125.5±1 GeV m é q = m é T. Moroi and M. Nagai l =»m» (2013), HTeVL D. McKeen, M. Pospelov, A. Ritz (2013) W. Altmannshofer, R. Harnik, J. Zupan (2013), K. Fuyuto, J. Hisano, N. Nagata, K. Tsumura (2013) W. Altmannshofer, R. Harnik, J. Zupan, JHEP 1311 (2013) 202.
45 Ø Ø
46 Sfermion Flavor Viola+on ν µ,ν τ s t b u ũ δ Q L 13 g δ Q L 13 d d
47 /Γ(p K + ν) [year] δ Q L 13 δ Q L 12 M S = 100 TeV, M 1 = 600 GeV," M 2 = 300 GeV, M 3 = -2 TeV," μ = M S, M Hc = GeV," tanβ = 5" δũr 13 δ Q L 23 SK Limit δ N. Nagata, S. Shirai (2013).
48 Minimal Flavor Violation lifetime (years) lifetime (years)
49 Soudan Frejus Kamiokande IMB Super-K p e + 0 n e + n + - p + 0 n + p + n 0 p e + p + n p e + 0 n e + n 0 p + 0 p + p e + p + n p e + K 0 n e + K - n e - K + p + K 0 n + K - p K + n K 0 p e + K*(892) 0 p K*(892) + n K*(892) /B (years) Super- Kamiokande
50 U i D j U k E l X X Q k L l Q i Q j
51 Soudan Frejus Kamiokande IMB Super-K p e + 0 n e + n + - p + 0 n + p + n 0 p e + p + n p e + 0 n e + n 0 p + 0 p + p e + p + n p e + K 0 n e + K - n e - K + p + K 0 n + K - p K + n K 0 p e + K*(892) 0 p K*(892) + n K*(892) /B (years) Super- Kamiokande
52 U i D j U k E l X X Q k L l Q i Q j
53 /Γ(p π 0 µ + ) [year] δ Q L 13 δ Q L 12 δũr 13 SK Limit M S = 100 TeV, M 1 = 600 GeV," M 2 = 300 GeV, M 3 = -2 TeV," μ = M S, M Hc = GeV," tanβ = 5" δ N. Nagata, S. Shirai (2013).
54 1 0.1 Uppuer bound 0.01 δ Q L 13 δ Q L 12 δ Q L 23 M S = 100 TeV, M 1 = 600 GeV," M 2 = 300 GeV, M 3 = -2 TeV," μ = M S, M Hc = GeV," tanβ = 5" m 0 [TeV] δũr 13 N. Nagata, S. Shirai (2013).
55 5. Conclusions and discussion
56 Discussion Ø Ø Ø Ø Ø
57 Summary
58 Backup
59
60
61 Minimal Flavor Viola+on
62 Sfermion Flavor Viola+on
63 -< 0 (ud) R u L p> < 0 (ud) L u L p> <K 0 (us) R u L p> <K 0 (us) L u L p> -<K + (us) R d L p> <K + (us) L d L p> -<K + (ud) R s L p> <K + (ud) L s L p> -<K + (ds) R u L p> -<K + (ds) L u L p> < (ud) R u L p> < (ud) L u L p> N f =2+1 "direct" N f =2+1 "indirect" W 0 (µ=2gev) [GeV 2 ] Y. Aoki, E. Shintani, and A. Soni, arxiv:
64 lifetime (years) Super-Kamiokande Yukawa coupling Matrix element tan 10 M S = 100 TeV, M 1 = 600 GeV," M 2 = 300 GeV, M 3 = -2 TeV," μ = M S, M Hc = GeV "
65 10 35 Γ 1 (p K + ν)[year] Long-Distance Theory Short-Distance δ Q L 13 N. Nagata, S. Shirai (2013).
66 s ν τ B s δ Q L 23 b ν τ t b δ Q L 13 δ Q L 13 ũ d g u d
67
68 ηµ + ηe + K + ν K 0 µ + K 0 e + π + ν M S = 100 TeV, M 1 = 600 GeV," M 2 = 300 GeV, M 3 = -2 TeV," μ = M S, M X = GeV," tanβ = 5" π 0 µ + π 0 e Γ 1 [year]
69 10 37 M = 3 TeV 2 3 M S = 10 TeV lifetime (years) M 3 (TeV)
70 Theory Experiment δ Q L 23 = δũr 23 =0.9 Q L 3 =4 tan β m 0 [TeV] N. Nagata, S. Shirai (2013).
71 Dim- 5 proton decay via Planck suppressed operators 12 M scalar, no f mixing 11 m h excl tan 1 Log 10 MScalar GeV m h excl tan 2 Hyper K p K excl Hyper K 7 p e excl Log 10 M ino M Scalar M. Dine, P. Draper, W. Shepherd, arxiv:
72 1 0.1 Uppuer bound 0.01 δ Q L 13 δ Q L 12 δ Q L 23 M S = 100 TeV, M 1 = 600 GeV," M 2 = 300 GeV, M 3 = -2 TeV," μ = M S, M Hc = GeV," tanβ = 5" m 0 [TeV] δũr 13 N. Nagata, S. Shirai (2013).
73 1 Uppuer bound 0.1 m 0 [TeV] d R 12 = QL 12 ũr 12 = Q L 12 d R 13 = QL 13 Q L 13 ũr 13 = g γ (g) u L ũ L t L t R ũ R u R N. Nagata, S. Shirai (2013).
74 q i q I q j g g q j q J q i Uppuer bound 0.1 δũr 13 = δũr 23 (D0 ) δ d R 13 (Bd 0) δ d R 23 (Bs) m 0 [TeV] δ d R 12 (K 0 ) δũr 12 (D0 ) δ d R 13 = δ d R 23 (K 0 ) Uppuer bound 0.01 δũr 13 = δũr 23 = δ Q L 13 = δ Q L 23 (D0 ) δ d R 13 = δ Q L 13 (B0 d ) δ d R 23 = δ Q L 23 (B0 s) m 0 [TeV] δ d R 12 = δ Q L 12 (K0 ) δũr 12 = δ Q L 12 (D0 ) δ d R 13 = δ d R 23 = δ Q L 13 = δ Q L 23 (K0 ) N. Nagata, S. Shirai (2013).
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Based on N. Nagata, S. Shirai, JHEP 1403 (2014) 049. Ø Ø Y. Okada, M. Yamaguchi, T. Yanagida (1991), H. E. Haber, R. Hempfling (1991) J. R. Ellis, G. Ridolfi, F. Zwirner (1991) Scalar Par cles Gravi no
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