[論文レビュー] Probing the muon g-2 anomaly at a Muon Collider

Dario Buttazzo, Paride Paradisi|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 29

ひとこと要約

この論文は、数TeVの中心系エネルギーで動作するミューオンコライダーが、数×10⁻⁹の偏差に対しても感度を持つモデルに依存しない高エネルギー物理学のテストを、ミューオン g-2 異常に対して初めて実施可能であることを示している。さらに、現在のミューオン電気双極子モーメント（EDM）の上限を3桁改善し、約数×10⁻²² e·cmの水準に到達する可能性を示している。

ABSTRACT

The capability of a foreseen Muon Collider to probe the muon $g$-2 is systematically investigated. We demonstrate that a Muon Collider, running at center-of-mass energies of several TeV, can provide the first model-independent high-energy test of new physics in the muon $g$-2, being sensitive to deviations of few x 10^-9. This achievement would be of the utmost importance to shed light on the long-standing muon $g$-2 anomaly. Furthermore, we show that the current bound on the muon electric dipole moment can be improved by three orders of magnitude, down to few x 10^-22 e cm.

研究の動機と目的

• 将来のミューオンコライダーが、高精度で長年のミューオン g-2 異常を調べる能力を調査すること。
• コライダーが、高エネルギー領域におけるミューオン g-2 に寄与する新しい物理のモデルに依存しないテストを提供できるかどうかを評価すること。
• ミューオンコライダーを用いて、ミューオン電気双極子モーメント（EDM）の実験的上限がどの程度改善できるかを評価すること。
• 標準模型を越えた新しい物理効果がミューオン g-2 に与える影響を検出するための感度の閾値を特定すること。

提案手法

• 数TeVの中心系エネルギー範囲で動作するミューオンコライダーを用いて、ミューオンを含む高エネルギー反応を調べること。
• コライダー環境下でのミューオン磁気モーメント（g-2）の高精度測定を適用し、標準模型の予測からのずれを検出すること。
• 高インテンシティのミューオン衝突を用いて、まれなまたは弱く結合する新しい物理の寄与に対する感度を高めること。
• 先進的な検出技術を実装し、ミューオン g-2 の測定とミューオン EDM の高精度制約を実現すること。
• 理論的枠組みを用いて、コライダーのデータを、新しい物理に対するモデルに依存しない制約として解釈すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ミューオンコライダーは、高エネルギー領域におけるミューオン g-2 に寄与する新しい物理のモデルに依存しないテストを提供できるか？
• RQ2 ミューオンコライダーの g-2 のずれに対する感度閾値は何か？ そして、現在の異常を解消できるか？
• RQ3 ミューオンコライダーは、ミューオン電気双極子モーメントの実験的上限をどの程度まで改善できるか？
• RQ4 ミューオンコライダーにおける高エネルギーのミューオン衝突は、標準模型を越えた新しい物理の検出をどのように強化するか？

主な発見

• ミューオンコライダーは、数×10⁻⁹の偏差に対しても感度を持つため、新しい物理のモデルに依存しないテストが可能である。
• コライダーは、現在のミューオン電気双極子モーメント（EDM）の上限を3桁改善でき、数×10⁻²² e·cmの水準に到達する。
• 得られた感度により、ミューオン g-2 異常の最初の高エネルギー・モデルに依存しない確認または否定が可能になる。
• 結果から、ミューオン g-2 の長年の不一致を、前例のない高精度で解消できる可能性がある。