[論文レビュー] Muon g-2 and CP violation in MSSM

Chengcheng Han|arXiv (Cornell University)|Apr 7, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 22

ひとこと要約

この論文は、ミュオンの異常磁気モーメント（$g-2$）の異常を説明する際の最小超対称標準模型（MSSM）におけるCP対称性の破れ位相の制約を調査する。チャージナロープやビノロープが支配的となる2つのシナリオを特定し、電子電気双極子モーメント（EDM）実験によって関連するCP位相が$\mathcal{O}(2{-}3)\times10^{-5}$に制限されることを示し、CP対称性の破れを抑制するための微調整または特定のSUSY破れメカニズムの必要性を示唆する。

ABSTRACT

We study the constraints of the CP violation in the muon $g-2$ preferred region of the minimal supersymmetric standard model assuming a universal slepton masses within first two generations. We present two particular scenarios where the $g-2$ anomaly is predicted within 2 $σ$ level mainly through the chargino loop or the bino loop. We found that for both cases the electron EDM experiment already highly constrained the CP phase of the parameters: either the Arg[$μM_1]$ or Arg[$μM_2]$ should be smaller than $\mathcal O$(2-3)$ imes10^{-5}$. If the muon $g-2$ anomaly is explained by the MSSM, a particular SUSY breaking mechanism is needed to guarantee the small CP phase of SUSY parameters. Otherwise, a tuning of $\mathcal O(10^{-5})$ is needed to cancel the phase in a general CP violated SUSY model.

研究の動機と目的

• 観測されたミュオン$g-2$の異常が、きびしい電子EDM制約を満たしつつMSSM内で説明可能かどうかを調査すること。
• チャージナロープまたはビノロープが主因となるMSSMのパラメータ領域を同定すること。
• 電子EDM実験との整合性を保つために、MSSMパラメータ空間におけるCP対称性の破れ位相がどれほど小さくなければならないかを特定すること。
• 一般のCP対称性の破れを持つMSSMが、微調整を必要とせずに$g-2$の異常を説明できるか、あるいは特定のSUSY破れメカニズムが必須であるかを評価すること。

提案手法

• 固定された$\tilde{\mu}_L = \tilde{\mu}_R = \tilde{e}_L = \tilde{e}_R = m_0$、$\tan\beta = 50$、および他のパラメータを5 TeVに設定したMSSMパラメータ空間の数値スキャン。
• 2つのシナリオに分けて分析：ビノロープ支配（$M_2 = 0.5$ TeV、$\mu > 3$ TeV）およびチャージナロープ支配（$\mu = 0.4$ TeV、$M_1 = 3$ TeV）。
• CPsuperH 2.3を用いて$g-2$および電子EDMを計算し、MicrOMEGAs 5.2を用いてダークマターの残存密度および直接検出制約を評価。
• 位相依存性は$\text{Arg}[\mu M_1]$および$\text{Arg}[\mu M_2]$を用いて分析し、独立した位相を減らすために$A_e = A_\mu = 0$を採用。
• LHCの sleptronおよびチャージナロープ探索限界（例：$M_2 > 0.5$ TeV、$\mu > 0.4$ TeV）を適用して、有効なパラメータ空間を制限。
• ヒッグス粒子の過剰生成を補正した要因を含めたXenon1Tダークマター直接検出限界を適用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 チャージナロープまたはビノロープを通じてMSSM内でミュオン$g-2$の異常を説明しつつ、電子EDM制約を満たすことは可能か？
• RQ2 電子EDM限界と整合性を持つために、$\text{Arg}[\mu M_1]$または$\text{Arg}[\mu M_2]$における最大許容CP対称性の破れ位相は何か？
• RQ3 $\tan\beta$の依存性は、$g-2$説明におけるCP位相制約の頑健性にどのように影響するか？
• RQ4 一般のCP対称性の破れを持つMSSMでは、CP位相をキャンセルするために微調整が必要となるか、それとも特定のSUSY破れメカニズムによって自然に抑制できるか？
• RQ5 LHC、ダークマター、および電子EDM制約を統合した場合、$g-2$説明のための有効なパラメータ空間は何か？

主な発見

• ビノロープシナリオでは、電子EDM制約を満たすためにCP位相$\text{Arg}[\mu M_1]$が$3 \times 10^{-5}$未満でなければならない。
• チャージナロープシナリオでは、電子EDM限界と整合性を持つためにCP位相$\text{Arg}[\mu M_2]$が$2 \times 10^{-5}$未満でなければならない。
• CP位相が十分に小さければ、両シナリオとも実験値の2$\sigma$範囲内で$g-2$異常を説明可能である。
• CP位相制約は$\tan\beta$に対して頑健である。なぜなら$g-2$と電子EDMの両方が$\tan\beta$に比例するため、依存性が相殺されるからである。
• 一般のCP対称性の破れを持つMSSMでは、CP位相をキャンセルするための微調整$\mathcal{O}(10^{-5})$が必要であり、特定のSUSY破れメカニズムの必要性を示唆する。
• Xenon1T直接検出限界により、チャージナロープシナリオの1$\sigma$推奨領域の一部が除外され、わずかな有効領域が残る。