[論文レビュー] Precision muon g-2 results and light Higgs bosons in the 2HDM(II)

Maria Krawczyk|ArXiv.org|Aug 7, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 42被引用数 17

ひとこと要約

この論文は、2002年のE821 muon g-2測定で観測された標準模型予測からの3σのずれが、2HDM(II)における軽いヒッグスボソンに与える影響を分析している。95%信頼水準（CL）でのμ子の摂動磁気モーメントのずれδaμの区間を用いて、追加の軽いヒッグス状態からの寄与を制約した。その結果、tanβが25から115の間である25–70 GeVの軽い擬スカラー（pseudoscalar）は許容可能である一方、他の実験的制約と組み合わせると、軽いスカラーは95% CLで除外されることがわかった。

ABSTRACT

We discuss the implications of the recent evaluations of the SM contribution to a_mu=(g-2)_mu/2 in the light of the latest E821 measurement, which indicate \~ 3 sigma deviation. We derive the 95 % CL interval, delta a_mu, to be used to constrain any additional contribution to a_mu, beyond the SM ones; it has to have a positive sign. We apply the delta a_mu to constrain the light Higgs-boson scenarios in a Two-Higgs-Doublet-Model (``Model II''). If the constraints from the new (g-2)_mu results are combined with the other existing constraints, one can exclude a light-scalar scenario at 95 % CL, while a light-pseudoscalar scenario can be realized, for a pseudoscalar mass between 25 and 70 GeV, with tan beta in the range 25 < tan beta < 115.

研究の動機と目的

• 2002年E821結果に基づき、実験的μ子g-2測定値と標準模型予測とのずれの95%信頼水準（CL）区間δaμを定量化すること。
• 特に2HDM(II)における軽いヒッグスボソンからの寄与を含めた、標準模型を超えるμ子摂動磁気モーメントへの追加寄与を制約すること。
• δaμと既存の実験的制約を組み合わせることで、2HDM(II)における軽いスカラーおよび擬スカラーのヒッグス状況の妥当性を評価すること。
• 特に、光子間の散乱（light-by-light scattering）寄与の理論的不確実性の変動に対するこれらの制約の頑健性を評価すること。

提案手法

• FJ02のデータ駆動的解析を用いて、主要な真空極化寄与を扱い、実験的μ子g-2測定値（11659203(8)×10⁻¹⁰）と改善された標準模型予測とのずれから、95% CL区間δaμを導出する。
• 導出されたδaμを用いて、aμへの新物理寄与を制約し、95% CLで正の値であり、かつδaμのオーダーに制限されることを仮定する。
• これらの制約を2HDM(II)に適用し、1ループおよび2ループレベルでの軽いヒッグススカラー（h）および擬スカラー（A）のμ子g-2への寄与に焦点を当てる。
• δaμの制約をLEP（Z→h(A)γ）、テバトロン、Υ崩壊、τ/η崩壊からの既存の制約と組み合わせ、hおよびAの許容可能なパラメータ領域を特定する。
• ハドロン的真空極化のFJ02推定値と、光子間散乱寄与の複数の値を用いて、ヒッグス寄与の2ループ解析を実施する。
• 光子間散乱寄与の不確実性を2乗和の形で2倍に変化させることで、結果の感度を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2002年E821データに基づき、実験的μ子g-2と標準模型予測とのずれの95% CL区間δaμは何か？
• RQ2 2HDM(II)における軽いヒッグススカラー（h）は、更新されたμ子g-2制約と他の実験的制約と整合するか？
• RQ3 同様の制約下で、2HDM(II)における軽い擬スカラー（A）は妥当性を有するか？その質量およびtanβの許容範囲は何か？
• RQ4 μ子g-2からの制約がLEP、テバトロン、およびΥ崩壊からの制約とどのように組み合わさり、軽いヒッグスボソンのパラメータ領域を制限するか？
• RQ5 光子間散乱寄与の不確実性を2倍にした場合、結論の頑健性はどのように変化するか？

主な発見

• 実験的μ子g-2と標準模型予測とのずれの95% CL区間δaμは正の値に制限されており、正の符号を持つ新物理寄与の必要性を示唆している。
• μ子g-2の制約と、Υ崩壊およびLEPのZ→hγ過程からの既存の制約を組み合わせると、軽いスカラーHiggsボソン（h）は95% CLで除外される。
• 質量25–70 GeVの軽い擬スカラーHiggsボソン（A）は、tanβが25から115の間であれば許容可能である。
• LEP（OPAL、DELPHI）の制約により、擬スカラーAの質量領域3 GeV未満は除外され、テバトロンの制約により70 GeV以上の領域も閉ざされる。
• 光子間散乱寄与の不確実性を2倍にした場合、擬スカラー質量の下限は約1.4倍に低下するが、上限はほとんど変化しない。
• ハドロン的真空極化推定値の変動に対しても結果は頑健であり、HMNT（in）解析でも同様の制約が得られるが、擬スカラーの許容範囲は35–70 GeVおよびtanβ ∈ [40,120]に狭まるものと予想される。