[論文レビュー] Large muon $(g-2)$ with TeV-scale SUSY masses for $ an\beta o\infty$

Markus Bach, Jae-hyeon Park+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 38被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、$τ\beta \to \infty$ におけるMSSMにおいて、ミューオンの異常磁気モーメント $(g-2)_{\mu}$ を調査し、TeVスケールのSUSYスペクトルが観測された $28.7 \times 10^{-10}$ のずれを説明できることを示している。$a_{\mu}^{\text{SUSY}}$ を増幅させる鍵となるのはビノまたは左ラベルスミューオン質量差であり、妥当なフェノメノロジカルな状況を示す解析的式とベンチマーク点が提示されている。

ABSTRACT

The muon anomalous magnetic moment $a_\\mu$ is investigated in the MSSM for $\ an\\beta\ o\\infty$. This is an attractive example of radiative muon mass generation with completely different qualitative parameter dependence compared to the MSSM with the usual, finite $\ an\\beta$. The observed, positive difference between the experimental and Standard Model value can only be explained if there are mass splittings, such that bino contributions dominate over wino ones. The two most promising cases are characterized either by large Higgsino mass $\\mu$ or by large left-handed smuon mass $m_L$. The required mass splittings and the resulting $a_\\mu^\ ext{SUSY}$ are studied in detail. It is shown that the current discrepancy in $a_\\mu$ can be explained even in cases where all SUSY masses are at the TeV scale. The paper also presents useful analytical formulas, approximations for limiting cases, and benchmark points.

研究の動機と目的

• TeVスケールの超対称性が、ミューオンの異常磁気モーメント $a_\mu$ の観測されたずれを説明できるかどうかを調査すること。
• ミューオン質量が放射的に生成され、木レベルの質量が消える$\tan\beta \to \infty$におけるMSSMの極限において、$a_\mu$ の振る舞いを調査すること。
• この極限における$SUSY$寄与の主な寄与を特定し、特にビノとウィノの寄与を区別すること。
• TeVスケールのすべてのSUSY質量を持つ現実的なフェノメノロジカルな状況のための解析的近似式とベンチマーク点を導出・提供すること。
• $\tan\beta \to \infty$極限における実験的制約と理論的整合性を保証すること。

提案手法

• \tan\beta \to \infty$ におけるMSSMで、1ループの自己エネルギーおよび磁気モーメント計算を用い、$v_d = 0$ であり、ミューオン質量が放射的に生成されることを前提とする。
• ミューオンヤコバ係数 $y_\mu$ への依存性を線形化するための質量挿入近似を適用し、$a_\mu^{\text{SUSY}}$ の計算を簡略化する。
• チャリオン–スニュートリノおよびニュートラリノ–スミューオンのループ図を用いて、$F_2^C(x)$ および $F_2^N(x)$ のループ関数を介して $a_\mu^{\text{SUSY}}$ の解析的表現を導出する。
• ビノに似たチャリオンおよびニュートラリノとウィノに似たチャリオンおよびニュートラリノの寄与を評価し、必要な $a_\mu$ を生成する際にビノ寄与がウィノ寄与を上回ることを強調する。
• TeVスケールの質量で大きな $a_\mu^{\text{SUSY}}$ を達成するための主要なパラメータとして、大きなヒッグスジノ質量 $\mu$ または大きな左ラベルスミューオン質量 $m_L$ の役割を検討する。
• 各ベンチマーク点に対して、$m_\mu = -\Sigma_\mu^{\text{MSSM}}$ の関係を用いて $y_\mu$ を数値的に決定し、ミューオン質量生成と $a_\mu$ の両者に整合性を保つ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 すべてのSUSY質量がTeVスケールである$\tan\beta \to \infty$におけるMSSMで、観測されたミューオンの異常磁気モーメントのずれを説明できるか？
• RQ2 この$\tan\beta \to \infty$極限における$SUSY$寄与の主な寄与は何か？また、有限な$\tan\beta$を持つ標準的なMSSMとはどのように定性的に異なるか？
• RQ3 ビノ状態とウィノ状態の間、または $m_L$ と $m_R$ の間の質量差は、$a_\mu^{\text{SUSY}}$ の大きさにどのように影響するか？
• RQ4 実験的制約を満たし、理論的整合性を保つための解析的近似式とベンチマーク点は何か？
• RQ5 木レベルのミューオン質量が存在しない$\tan\beta \to \infty$極限が、$a_\mu$ 寄与の構造とヤコバ係数の非線形性の役割にどのように影響するか？

主な発見

• 観測された $a_\mu$ ずれ $(28.7 \pm 8.0) \times 10^{-10}$ は、すべてのSUSY質量がTeVスケールであっても、$\tan\beta \to \infty$におけるMSSMで説明可能である。
• ビノ寄与がウィノ寄与を上回り、$a_\mu^{\text{SUSY}}$ を生成する上で支配的である。これには、ビノに似た状態とウィノに似た状態の間で顕著な質量差が必要である。
• TeVスケールの質量で必要な $a_\mu^{\text{SUSY}}$ を達成するための2つの最も有望なメカニズムは、大きなヒッグスジノ質量 $\mu$ または大きな左ラベルスミューオン質量 $m_L$ である。
• 1ループ寄与は、ループ関数 $F_2^C(x)$ および $F_2^N(x)$ を用いて導出されており、質量挿入近似のもとで $y_\mu$ に対して線形となる。
• 非線形項は、$m_\mu/M_{\text{SUSY}}$ ではなく $M_{W,Z}/M_{\text{SUSY}}$ で抑制されるため、有限な$\tan\beta$の場合よりも顕著である。
• $a_\mu$ ずれを満たすとともに、実験的制約と$\tan\beta \to \infty$極限における理論的整合性を保つベンチマーク点が提供されている。