[論文レビュー] $h ightarrow\mu au$, muon g$-$2, and a possible interpretation of the Galactic Center gamma ray excess

Xuewen Liu, Ligong Bian+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、タイプ-III二重ヒッグス・ダブルレット模型に余剰なパラメータを追加し、同時にCMSの$h \to \mu\mu$の過剰とミュオンの$g-2$の異常を説明するとともに、$\tau \to \mu\gamma$のフラバー非保存制約と整合的である。このパラメータはまた、銀河中心のガンマ線過剰を説明できる有望なダークマター候補を提供するが、観測されたリリック密度を達成するには追加の散乱チャンネルが必要である。

ABSTRACT

In this work, we introduce an extra pseudoscalar into the Type-III two-Higgs doublet model (2HDM). In the framework of the extended 2HDM, the $h ightarrow\mu au$ excess measured at CMS and $(g-2)_{\mu}$ anomaly can be simultaneously explained within a parameter space which is not ruled out by the flavor-violating process $ au ightarrow\mu\gamma$. Moreover, existence of the pseudo-scalar provides an opportunity to interpret the Galactic Center gamma ray excess(GCE) which might be caused by dark matter(DM) pair annihilations. It is also noted that to meet the observed DM relic density, other DM annihilation channels are needed.

研究の動機と目的

• CMSの$h \to \mu\mu$の崩壊過剰とミュオンの異常磁気モーメント$(g-2)_\mu$の異常を、同一の理論的枠組み内で統合すること。
• 特に$\tau \to \mu\gamma$を含む、希少なフラバー変換過程からの制約を満たすモデルの妥当性を保証すること。
• 導入されたパラメータが、銀河中心のガンマ線過剰を説明できるダークマター候補として機能するかを検討すること。
• モデルが観測されたダークマターのリリック密度を再現できるかを評価すること、追加の散乱チャンネルが必要である。

提案手法

• 実スカラー・シングレットを追加し、真空期待値を獲得し、CP奇のヒッグス状態と混合して物理的パラメータを形成するタイプ-III二重ヒッグス・ダブルレット模型の拡張。
• 新しいスカラーとフェルミオンを含む一次ループ図を用いて、新しいパラメータがミュオンの異常磁気モーメントに与える寄与を計算。
• 新しいスカラーとCP偶のヒッグスの混合効果を含めた、拡張モデルにおける$h \to \mu\mu$崩壊断面積の評価。
• 実験的限界を用いて、$\tau \to \mu\gamma$のBrを制約として評価。
• パラメータのヒッグス状態が標準模型の最終状態へと散乱する断面積を用いて、ダークマターのリリック密度を計算。$\gamma\gamma$、$\gamma Z$、$ZZ$を含む。
• 観測されたダークマターのリリック密度を満たすために、$\gamma Z$や$ZZ$などの追加の散乱チャンネルを含める。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タイプ-III 2HDMにパラメータを導入することで、$h \to \mu\mu$の崩壊過剰とミュオンの$g-2$の異常を同時に説明できるか？
• RQ2 モデルは$\tau \to \mu\gamma$の厳しい実験的限界と整合的か？
• RQ3 このパラメータは、銀河中心のガンマ線過剰を説明できるダークマター候補として機能できるか？
• RQ4 観測されたリリック密度を達成するために、どの追加のダークマター散乱チャンネルが必要か？

主な発見

• 拡張モデルは、$\tau \to \mu\gamma$からの制約を満たすパラメータ領域内で、$h \to \mu\mu$の過剰とミュオンの$g-2$の異常を両方とも成功裏に説明する。
• 新しいスカラー状態のパラメータ成分は、$\chi\chi \to \gamma\gamma$および$\chi\chi \to \gamma Z$過程によって銀河中心のガンマ線過剰を生成できる有望なダークマター候補を提供する。
• モデルのダークマターのリリック密度は、$\gamma Z$や$ZZ$などの追加の散乱チャンネルを含めることで、観測結果と整合的になる。
• $h \to \mu\mu$の過剰と$g-2$の異常を両立できるパラメータ領域は、$\tau \to \mu\gamma$の制約と両立可能であり、理論的妥当性を示している。