Gauge-Independent Analysis of K_L --> e \mu in Left-Right Models

The lepton-flavour-violating decay K_L --> e \mu is studied in detail within the context of SU(2)_R x SU(2)_L x U(1)_(B-L) models, which include heavy Majorana neutrinos. Particular attention is paid to the gauge independence of this decay process to one loop. In analogy with earlier studies on the K^0\bar{K}^0 mixing, it is explicitly shown how restoration of gauge invariance occurs in the decay amplitude containing the box diagrams, when the relevant Higgs-dependent self-energy and vertex graphs are taken into account in the on-shell skeleton renormalization scheme. Based on the analytic expressions so derived, we find that the branching ratio B(K_L --> e \mu) can be considerably enhanced due to the presence of left- and right-handed currents in the loop, and can reach values close to or even larger than the present experimental limit 3.3 x 10^{-11} in the manifest left-right symmetric model. Constraints on the parameter space of typical left-right models are derived from the possible decay K_L --> e \mu and a global analysis of other low-energy data.Comment: 44 pages, LaTeX, six encapsulated figures include

Heavy neutrinos and rare decays

In dieser Dissertation wird der seltene Zerfall K_L->emu imRahmen eines verallgemeinerten Standardmodells detailliertstudiert. In diesem Prozess bleibt die zu einer gegebenen Familie gehoerende Leptonenzahl nicht erhalten. Deswegenwerden unsere Untersuchungen im Rahmen der SU(2)_L x U(1)_Y-und SU(2)_R x SU(2)_L x U(1)_{B-L}-Modelle mit schwerenMajorana-Neutrinos ausgefuehrt. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Arbeit betreffen dieBerechnung des Verzweigungsverhaeltnisses fuer den ZerfallK_L->emu. Im SU(2)_L x U(1)_Y-Modell mit schwerenMajorana-Neutrinos wird eine deutliche Steigerung desVerzweigungsverhaeltnisses gefunden, jedoch liegen dieerhaltenen Ergebnisse um einige Groessenordnungen unter derjetzigen experimentellen Grenze. Benutzt man das gewaehlte,auf der SU(2)_R x SU(2)_L x U(1)_{B-L}$-Eichgruppebasierende Modell mit Links-Rechts-Symmetrie, dann erhoehtdie Anwesenheit der links- und rechtshaendigen Stroeme inden Schleifendiagrammen deutlich den Wert desVerzweigungsverhaeltnisses. Dadurch koennen sich Werte inder Naehe der aktuellen experimentellen Grenze vonB(K_L->emu) < 4.7 x 10^{-12} ergeben. Um unsere Ergebnisse zu untermauern, wird die Frage derEichinvarianz bei diesem Zerfallsprozess auf demEin-Schleifen-Niveau mit besonderer Aufmerksamkeitbehandelt. Ein sogenanntes ,,on-shell skeleton``Renormierungsschema wird benutzt, um die erste vollstaendigeAnalyse der Eichinvarianz fuer den Prozess K_L->emuauszufuehren.In this thesis the rare decay K_L->emu is studied in detailin some minimal extensions of the Standard Model. In thisprocess the lepton number corresponding to a given leptonicfamily is not conserved, so our study will be carried out inthe framework of SU(2)_L x U(1)_Y and SU(2)_R x SU(2)_L xU(1)_{B-L} models including heavy Majorana neutrinos. The main results of this work are concerning the evaluationof the branching ratio for the decay K_L->emu. We find aserious enhancement for the branching ratio in the SU(2)_L xU(1)_Y model with heavy Majorana neutrinos, but the resultobtained is still few orders of magnitude below the presentexperimental limit. However, working in the chosenleft-right symmetric model based on the SU(2)_R x SU(2)_L xU(1)_{B-L} gauge group, the presence of the left- andright-handed currents in the loop diagrams considerablyenhances the value for the branching ratio, being possibleto account for results near the present experimental limit,B(K_L->emu)< 4.7 x 10^{-12}. To substantiate our results, a particular attention is paidto the gauge independence of this decay process at one looplevel. An on-shell skeleton renormalization scheme isadopted in order to achieve the first complete analysis ofgauge invariance for K_L->emu