[論文レビュー] Explaining muon $g-2$ data in the $μν$SSM

Essodjolo Kpatcha, Iñaki Lara+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 110被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、$μ u$SSM、つまり$R$-対称性を破る超対称モデルが、ニュートリノ物理学を通じて自然に軽い左巻きミューオン・スネトロンとウィノに似たチャージノを生成することにより、長年のミューオン$g-2$の不一致を説明すると提案している。尤度に基づくパラメータースペーススキャンにより、ニュートリノ、ヒッグス、フレーバー、LHCの制約を同時に満たす、具体的には$m_{\tilde{\nu}_\mu} \sim 120-620$ GeV、$M_1 \sim 120-2200$ GeV、および$M_2 \sim 200-900$ GeVの領域が特定された。これらの領域は、マルチレプトン＋エネルギー欠損（MET）探索によって探査可能である。

ABSTRACT

We analyze the anomalous magnetic moment of the muon $g-2$ in the $μν$SSM. This $R$-parity violating model solves the $μ$ problem reproducing simultaneously neutrino data, only with the addition of right-handed neutrinos. In the framework of the $μν$SSM, light left muon-sneutrino and wino masses can be naturally obtained driven by neutrino physics. This produces an increase of the dominant chargino-sneutrino loop contribution to muon $g-2$, solving the gap between the theoretical computation and the experimental data. To analyze the parameter space, we sample the $μν$SSM using a likelihood data-driven method, paying special attention to reproduce the current experimental data on neutrino and Higgs physics, as well as flavor observables such as $B$ and $μ$ decays. We then apply the constraints from LHC searches for events with multi-leptons + MET on the viable regions found. They can probe these regions through chargino-chargino, chargino-neutralino and neutralino-neutralino pair production. We conclude that significant regions of the parameter space of the $μν$SSM can explain muon $g-2$ data.

研究の動機と目的

• 標準模型を越えたミューオンの異常磁気モーメント（$g-2$）における長年の$3.5\sigma$の不一致を説明すること。
• 最小の$R$-対称性を破る超対称モデルである$\mu\nu$SSMが、$g-2$の寄与を強めるために必要な軽い超対称粒子を自然に生成できるかどうかを調査すること。
• $\mu\nu$SSMにおけるニュートリノ質量生成メカニズムが、左巻きミューオン・スネトロンとウィノに似たチャージノの質量を自然に軽くすることを示す。
• LHCのマルチレプトン＋エネルギー欠損（$E_T$）探索を用いて、これらの解のコライダーでの実現可能性を評価すること。

提案手法

• 尤度に基づくデータ駆動型スキャン法を用いて、ニュートリノ振動データ、ヒッグス粒子の測定、$B$および$\mu$崩壊などのフレーバー観測量からの制約を組み込んだ$\mu\nu$SSMのパラメータースペースをサンプリングした。
• モデルにおけるゲージノのシー・スイッチメカニズムによるニュートリノ質量生成は、自然に左巻きミューオン・スネトロンとウィノに似たチャージノの質量を軽くする。
• SUSY寄与は、チャージノ–スネトロンのループ図を介して計算され、その寄与はスネトロン質量が軽いために強化される。
• LHCの制約は、チャージノ–チャージノ、チャージノ–ニュートラリノ、およびニュートラリノ–ニュートラリノ対生成チャネルに焦点を当てたマルチレプトン＋エネルギー欠損（MET）探索の限界を用いて適用された。
• 計算の複雑さを減らすために、ヒッグスセクターのパラメータを固定し、ニュートリノヤコビ係数を対角行列と仮定したが、一般化は今後の課題として挙げられている。
• パラメータースキャンは、予測された$a_\mu$を実験的値$\Delta a_\mu = (26.8 \pm 6.3 \pm 4.3) \times 10^{-10}$と比較することで妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $\mu\nu$SSMは、微調整を必要とせず、自然に軽い左巻きミューオン・スネトロンとチャージノを生成できるか？
• RQ2 現在のニュートリノ、ヒッグス、フレーバー、LHCの制約を同時に満たし、$g-2$の不一致を説明できる$\mu\nu$SSMのパラメータースペースの領域はどこか？
• RQ3 LHCのマルチレプトン＋エネルギー欠損（MET）探索は、$g-2$関連の状況における$\mu\nu$SSMの有効なパラメータースペースをどの程度制約するか？
• RQ4 $\mu\nu$SSMは、安定なLSPを必要としないことで、ダークマターの緊張を回避できるか？
• RQ5 スネトロンとスミューオンの質量を変化させると、$g-2$の寄与とコライダーのシグネチャにどのような影響を与えるか？

主な発見

• 観測された$\Delta a_\mu$の不一致を説明できる、$\mu\nu$SSMパラメータースペースの顕著な領域が特定された。具体的には$120 \lesssim m_{\tilde{\nu}_\mu} \lesssim 620$ GeV、$120 \lesssim M_1 \lesssim 2200$ GeV、および$200 \lesssim M_2 \lesssim 900$ GeVの範囲である。
• この$g-2$の寄与の増幅は、主にチャージノ–スネトロンループに起因し、$\mu\nu$SSMにおけるニュートリノ物理学のおかげで左ミューオン・スネトロンが自然に軽くなることによる。
• LHCのマルチレプトン＋エネルギー欠損（MET）探索は、チャージノ–チャージノ、チャージノ–ニュートラリノ、およびニュートラリノ–ニュートラリノ対生成を通じて、これらの有効な領域を探査可能であり、今後のデータで検証可能である。
• モデルは、ニュートリノ振動、ヒッグス粒子の性質、$B$および$\mu$崩壊を含むフレーバー物理学からの現在の制約と整合している。
• 右スミューオン質量のわずかな変動に対しても結果は頑健であり、さらに小さい値にすれば$g-2$の寄与がさらに強化される可能性がある。
• 今後の$g-2$測定が$\sim 7\sigma$の精度に達すれば、$\mu\nu$SSMを用いて左ミューオン・スネトロンおよび電弱ゲージボソンの質量を制約できる可能性が示唆された。