[論文レビュー] Dark Matter, Muon g-2 and Other SUSY Constraints

R. Arnowitt, Bhaskar Dutta+1 more|ArXiv.org|Oct 8, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 36

ひとこと要約

この論文は、WMAPのダークマター観測データ、更新されたミュオン g-2 測定値、およびBファクトリーにおけるCP対称性の破れデータを用いて、超対称性（SUSY）モデルの制約を分析している。非一様なA項を含むSUGRA GUTモデルでは、B→ϕK崩壊における2.7σのSMとの不一致と低すぎる分岐比の両方を同時に解消可能であり、同時にダークマターの残り滓密度や他の実験的制約とも整合的であることが示された。

ABSTRACT

Recent developments constraining the SUSY parameter space are reviewed within the framework of SUGRA GUT models. The WMAP data is seen to reduce the error in the density of cold dark matter by about a factor of four, implying that the lightest stau is only 5 -10 GeV heavier than the lightest neutralino when m_0, m_{1/2} < 1 TeV. The CMD-2 re-analysis of their data has reduced the disagreement between the Standard Model prediction and the Brookhaven measurement of the muon magnetic moment to 1.9 sigma, while using the tau decay data plus CVC, the disagreement is 0.7 sigma. (However, the two sets of data remain inconsistent at the 2.9 sigma level.) The recent Belle and BABAR measurements of the B -> phi K CP violating parameters and branching ratios are discussed. They are analyzed theoretically within the BBNS improved factorization method. The CP parameters are in disagreement with the Standard Model at the 2.7 sigma level, and the branching ratios are low by a factor of two or more over most of the parameter space. It is shown that both anomalies can naturally be accounted for by adding a non-universal cubic soft breaking term at M_G mixing the second and third generations.

研究の動機と目的

• 最近の宇宙論的、電弱的、およびフレーバー物理のデータがSUGRA GUTモデルのパラメータ空間に与える影響を評価すること。
• ミュオン g-2 の観測された異常とB→ϕK崩壊の異常がmSUGRAフレームワーク内で説明可能かどうかを評価すること。
• WMAPのダークマター観測データとBファクトリーの結果の組み合わせが、mSUGRAにおけるソフト対称性破れ項の普遍性を挑戦するかどうかを検討すること。
• GUTスケールでの非一様な三次数のソフト対称性破れ項が、複数の実験的不一致を同時に解消できるかどうかを調査すること。
• 現在の実験的制約の下で、mSUGRAが最小のSUSYモデルとして成立するかを検証すること。

提案手法

• m₀, m₁/₂, tanβ, A₀ の4つのパラメータと1つの符号を持つmSUGRAモデルを用い、電弱スケールまでランゲル・グローバル方程式を用いて発展させる。
• WMAPデータを用いて、最軽い中性ノイザーをダークマター候補として、その残り滓密度を制約する。
• CMD-2 e⁺e⁻データとτ崩壊データ（CVCを用いて）を用いてミュオンの異常磁気モーメントを再評価し、SMの予測と比較する。
• 理論的予測にはBBNSの改良型因子化法を用いて、B→ϕK崩壊のCP非対称性と分岐比を分析する。
• GUTスケールで第二および第三世代を混合する非一様なA項（ΔA²³ᵤ または ΔA²³𝒹）を導入し、クォーク系における新たなCP対称性破れ位相を生成する。
• 理論的予測をBelleおよびBABARの測定値と比較し、標準模型およびmSUGRAとの整合性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 更新されたe⁺e⁻およびτ崩壊データを用いることで、実験とSM予測との間のミュオン g-2 の不一致は解消可能か？
• RQ2 WMAPデータが、mSUGRAモデルにおける最軽い中性ノイザーとストーオの質量差にどの程度制約を加えるか？
• RQ3 Bファクトリーで観測されたSϕKsにおける2.7σの不一致は、標準模型の予測と整合的か、あるいはmSUGRAの予測とも整合的か？
• RQ4 mSUGRAへの単一の拡張（非一様なA項）が、B→ϕKのCP非対称性と分岐比の異常を同時に解消可能か？
• RQ5 非一様なソフト項を含めることで、ダークマターおよびフレーバー制約を満たす新たな有効領域がm₀–m₁/₂平面に開かれるか？

主な発見

• WMAPデータにより、寒冷暗黒物質密度の不確実性が4倍に縮小され、m₀, m₁/₂ < 1 TeVのとき、最軽いストーオは最軽い中性ノイザーに対して5–10 GeVだけ重いとされる。
• CMD-2 e⁺e⁻データを用いることで、ミュオン g-2 の不一致は1.9σにまで減少するが、CVCを用いたτ崩壊データを用いると0.7σにまで低下するが、両データセットは2.9σの不一致を示し続ける。
• BelleおよびBABARの測定では、SϕKsにおいて標準模型と2.7σの不一致が観測され、mSUGRAにおける予測分岐比は2倍以上も低すぎる。
• GUTスケールで第二および第三世代を混合する非一様なA項を導入することで、CP非対称性と分岐比の両方の異常を自然に説明可能である。
• ダウンクォーク系にその項を追加すると、CP奇のヒッグス粒子の質量が低下し、新たな有効なダークマター領域が開く。一方、アップクォーク系に追加すると、ストップ粒子の質量が低下し、コライダーでの探査範囲が拡大する。
• このモデルは電子および中性子の電気双極子モーメントの制約や他の制約とも整合的であり、最小mSUGRAを超える有効な道筋を示唆している。