[論文レビュー] Explaining The Muon $g-2$ Anomaly and New CDF II W-Boson Mass in the Framework of (Extra)Ordinary Gauge Mediation

Xiao Kang Du, Zhuang Li+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、高スケールの随伴メッセンジャーを用いた拡張型通常ゲージ媒介（EOGM）フレームワークを提案し、ミュオンの $g-2$ 異常とCDF IIのWボソン質量測定値を同時に説明することを目的としている。約 $10^{14}$ GeV のスケールに $\Sigma_8$ および $\Sigma_3$ メッセンジャーを導入することで、ゲージノ質量比を緩和し、$\Delta a_\mu$ を増大させ、$1\sigma$ の範囲で $g-2$ 異常を説明可能となる。同時に、125 GeVのヒッグスを安定化させるために大きな $|A_t|$ を実現できる。しかし、このモデルではCDF IIのWボソン質量を完全に説明することはできず、軽いウィノとスleptonが同時に必要となる。

ABSTRACT

The SUSY contributions $Δa_μ$ to muon $g-2$ anomaly can not even reach $3σ$ in ordinary gauge mediated SUSY breaking (GMSB) scenarios because of the strong correlations between the colored sparticle masses and the uncolored EW sparticle masses. An interesting extension to GMSB is the (Extra)Ordinary Gauge Mediation (EOGM), which can relax the correlations between squarks and sleptons with non-universal choices for $N_{eff,3}$ and $N_{eff,2}$. We find that EOGM scenarios with $N_{eff,3}\ll N_{eff,2}$ can explain the muon $g-2$ anomaly within $3σ$ range, however can not explain the new W-boson mass by CDF II. We also propose to extend EOGM with additional adjoint $Σ_8$ and $Σ_3$ messengers at a high scale of order $1.0 imes 10^{14}$ GeV, which can shift the gauge coupling unification scale to the string scale. Such EOGM extension scenarios with adjoint messengers could spoil the unwanted gaugino mass ratios and give large SUSY contributions to $Δa_μ$ for $N_{eff,3}\ll N_{eff,2}$, which can explain the muon $g-2$ anomaly up to $1σ$. Besides, because of the large messenger scale of order $1.0 imes 10^{14}$ GeV, such scenarios will in general lead to large $|A_t|$ at the EW scale, which can accommodate the 125 GeV Higgs easily and possibly lead to smaller EWFT as well as BGFT. We discuss the possibility to explain the new CDF II W-boson mass in the GMSB-type framework. We find that SUSY contributions can marginally account for the new W-boson mass in the region with sleptons and wino both being light.

研究の動機と目的

• ミュオンの異常磁気モーメント（$g-2$）における持続的な $4.2\sigma$ の乖離を supersymmetry を用いて説明すること。
• 新しいCDF IIによるWボソン質量測定値（$80,433.5 \pm 9.4$ MeV）を標準模型の予測と調和させること。
• 通常ゲージ媒介（OGM）フレームワークを拡張し、ゲージノ質量比を緩和し、$\Delta a_\mu$ を増大させつつ、ゲージ結合定数の統一性を損なわないようにすること。
• 高スケールの随伴メッセンジャーを有するEOGMモデルが、125 GeVのヒッグスと $g-2$ 異常の両方を同時に説明できるかを検討すること。
• GMSB型モデルが、軽いチャリノとスleptonからの大きなSUSY補正を通じて、CDF IIのWボソン質量を説明できるかを評価すること。

提案手法

• 高スケール $1.0 \times 10^{14}$ GeV に追加の随伴メッセンジャー（$\Sigma_8$ および $\Sigma_3$）を導入し、ゲージ媒介スペクトルを変更する。
• 非一様な有効メッセンジャー数 $N_{\text{eff},3} \ll N_{\text{eff},2}$ を用いて、スクォークおよびスlepton質量を分離し、スフィアのスケール破れのスペクトルにおける相関を低減する。
• チャリノ、ニュートラリノ、スleptonを含む一次ループ図を用いて、$\Delta a_\mu$ および $\Delta m_W$ へのSUSY寄与を計算する。
• RGEを用いてゲージ結合定数を進化させ、高メッセンジャー スケールにより統一スケールがストリングスケールにシフトすることを示す。
• 電弱スケールにおける $|A_t|$ パラメータを評価し、高メッセンジャー スケールによりその値が増大し、125 GeVのヒッグス質量を安定化させることを確認する。
• モンテカルロシミュレーションを実施し、軽いウィノと軽いスleptonが共に存在する領域における $\Delta m_W$ 補正の妥当性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非一様な $N_{\text{eff},3}$ および $N_{\text{eff},2}$ を有するEOGMフレームワークは、$3\sigma$ 範囲でミュオン $g-2$ 異常を説明できるか？
• RQ2 約 $10^{14}$ GeV に随伴メッセンジャーを導入することで、統一スケールがストリングスケールにシフトし、$\Delta a_\mu$ も向上するか？
• RQ3 高スケールメッセンジャーによる $|A_t|$ の増大は、EOGMモデルにおいて125 GeVのヒッグス質量を安定化させられるか？
• RQ4 随伴メッセンジャーを有するEOGMモデルは、CDF IIによるWボソン質量測定値 $80,433.5 \pm 9.4$ MeV を説明できるか？
• RQ5 軽いウィノと軽いスleptonが共に存在するEOGMパラメータ空間の領域において、CDF IIデータを説明できる十分な $\Delta m_W$ を得られるか？

主な発見

• $N_{\text{eff},3} \ll N_{\text{eff},2}$ を有するEOGMシナリオは、$3\sigma$ 範囲でミュオン $g-2$ 異常を説明可能であるが、CDF IIのWボソン質量を説明することはできない。
• 高スケール $\sim10^{14}$ GeV に随伴メッセンジャー（$\Sigma_8$ および $\Sigma_3$）を追加することで、ゲージ結合定数の統一スケールがストリングスケールにシフトする。
• このようなEOGM拡張は、緩和されたゲージノ質量比と大きな $|A_t|$ により、$1\sigma$ 範囲で $g-2$ 異常を説明できるように $\Delta a_\mu$ を増大させることができる。
• 高メッセンジャー スケールにより、電弱スケールでの $|A_t|$ が大きく、125 GeVのヒッグス質量を安定化させるとともに、電弱微調整を低減する可能性がある。
• CDF IIのWボソン質量は、随伴メッセンジャーを有するEOGMモデルでは説明できない。$\Delta m_W$ 寄与は依然として小さすぎる。
• 軽いウィノと軽いスleptonが共に存在する領域でのみ、GMSB型モデルはわずかにCDF IIのWボソン質量を説明可能となり、$\Delta m_W$ が最大で0.06 GeVに達する。