[論文レビュー] Muon anomalous magnetic dipole moment in the $\mu u$SSM

Hai-Bin Zhang, Changxin Liu+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、μニューオン・スーパーソリッド標準模型（µνSSM）における2ループレベルでのミューオンの異常磁気モーメント（g-2）を調査し、Fermilab実験と標準模型予測との間の4.2σの不一致を説明可能であることを示している。さらに、電子およびタウレプトンの異常磁気モーメント（MDM）を計算し、ヒッグス粒子の衰えh → μμを検討したところ、誤差範囲内でLHCのデータと整合した。

ABSTRACT

Recently, the Muon g-2 experiment at Fermilab has measured the muon anomalous magnetic dipole moment (MDM), $a_\mu=(g_\mu-2)/2$, which reported that the new experimental average increases the tension between experiment and the standard model (SM) prediction to 4.2$\sigma$. In this work, we reanalyse the muon anomalous MDM at two-loop level in the $\mu$ from $ u$ Supersymmetric Standard Model ($\mu u$SSM) combined with the updated experimental average. The $\mu u$SSM can explain the current tension between the experimental measurement and the SM theoretical prediction for the muon anomalous MDM, constrained by the 125 GeV Higgs boson mass and decays, the rare decay $\bar{B} ightarrow X_s\gamma$ and so on. We also investigate the anomalous MDM of the electron and tau lepton, $a_e=(g_e-2)/2$ and $a_ au=(g_ au-2)/2$, at two-loop level in the $\mu u$SSM. In addition, the 125 GeV Higgs boson decays to a pair of charged leptons in the $\mu u$SSM are also analysed.

研究の動機と目的

• Fermilabのミューオンg-2測定値と標準模型予測との間の4.2σの不一致を解消すること。
• µνSSMにおけるミューオン、電子、タウレプトンの異常磁気モーメント（MDM）の2ループ寄与を計算すること。
• 125 GeVヒッグス粒子の1ループ衰え幅h → μμをµνSSMフレームワーク内で分析すること。
• ヒッグス粒子質量、衰え（h → γγ、h → VV*、h → bb̄、h → ττ）およびレアなB衰えB̄ → Xsγの実験的データを用いてモデルを制約すること。

提案手法

• 超ポテンシャルおよびソフトSUSY破れ項を用いて、µνSSMにおけるチャージドレプトンの2ループ計算による異常磁気モーメント（MDM）を実施する。
• 3つの右手型ニュートリノ超場を含む有効超ポテンシャルを用い、シー・スイッチ機構により小さなニュートリノ質量を生成する。
• µνSSMにおけるヒッグスがチャージドレプトンおよびチレインォやニュートラリノに及ぼす結合を用いて、h → μμの1ループ衰え幅を評価する。
• 125 GeVヒッグス粒子質量、ヒッグスの衰え（h → γγ、h → VV*、h → bb̄、h → ττ）およびレアなB衰えB̄ → Xsγの制約を適用する。
• 更新された実験的平均値を組み込む：∆aµ = (25.1 ± 5.9) × 10⁻¹⁰ および h → μμ の信号強度（1.2 ± 0.6 および 1.19⁺⁰.⁴⁰⁺⁰.¹⁵₋₀.³⁹₋₀.¹⁴）。
• パラメータ空間を数値的に分析し、実験的制約およびg-2の異常と整合するかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 µνSSMは、2ループレベルで観測されたミューオンの異常磁気モーメント（aµ）における4.2σの不一致を説明可能か？
• RQ2 µνSSMにおける電子およびタウレプトンの異常MDMの予測値は何か？ そして、現在の実験的データとどのように比較されるか？
• RQ3 µνSSMは、125 GeVヒッグス粒子がミューオン対に崩壊する過程（h → μμ）の衰え幅にどのように影響を与えるか？ LHC測定と整合するか？
• RQ4 µνSSMは、125 GeVヒッグス粒子質量、その衰えモード、およびg-2の異常を同時に満たせるか？

主な発見

• µνSSMは、2ループ寄与を通じて、更新されたFermilabおよびBNL平均と整合する2ループレベルで、ミューオンの異常磁気モーメント（aµ）における4.2σの不一致を成功裏に説明可能である。
• モデルは電子の正の異常MDMを予測し、△ae = (4.8 ± 3.0) × 10⁻¹³ となり、新しい標準模型再評価および実験的データと整合する。
• µνSSMにおけるh → μμの信号強度の予測は1.2 ± 0.6（2.0σ）および1.19⁺⁰.⁴⁰⁺⁰.¹⁵₋₀.³⁹₋₀.¹⁴（3.0σ）であり、ATLASおよびCMSのLHC測定と一致する。
• モデルは、実験的データによる制約のもとで、125 GeVヒッグス粒子質量およびγγ、VV*、bb̄、ττへの衰えと整合性を保っている。
• µνSSMにおけるaµの2ループ寄与は、主に右手型ニュートリノ超場およびヒッグジノ混合を含むチレインォおよびニュートラリノのループから生じる。
• モデルは、精度の高い電弱およびヒッグス粒子データと整合性を保ちつつ、ミューオンg-2の異常を解消する有効なフレームワークを提供する。