[論文レビュー] The (g-2)_mu data and the lightest Higgs boson in 2HDM(II)

Maria Krawczyk|ArXiv.org|Dec 7, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 3

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の新しいE821測定値を用いて、非超対称2HDM(II)モデルにおける最軽いヒッグスボソンを制約する。2ループ計算によるヒッグスの寄与を用いて、軽いスカラーヒッグス $h$ および擬スカラーヒッグス $A$ のヤウカフカップリングに対するより厳しい制限を導出し、質量が25–70 GeVで $ anh\beta > 30$ である擬スカラーヒッグスが許容可能であるのに対し、軽いスカラーヒッグスは除外される。

ABSTRACT

The present limits on the lightest Higgs boson in 2HDM (II) in light of the new E821 measurement of g-2 for the muon are discussed.

研究の動機と目的

• ミュオンの異常磁気モーメントの更新されたE821測定値を用いて、2HDM(II)における最軽いヒッグスボソンの制約を再評価すること。
• ハドロン的真空極化寄与の不確実性が $a_\mu$ における新しい物理の寄与の許容領域に与える影響を評価すること。
• 2ループ計算によるヒッグス寄与を $a_\mu$ に適用し、軽いスカラーヒッグス $h$ および擬スカラーヒッグス $A$ のヤウカフカップリングに対する改善された制約を導出すること。
• $g-2_\mu$ の制約を、$Z \to h(A)\gamma$、$\Upsilon$ 衰え、およびLEP探索の既存の実験的制約と組み合わせ、軽いヒッグス系の現在の限界を導出すること。
• 2HDM(II)における軽いヒッグスボソンが、$g-2_\mu$ 異常と他の実験的制約を同時に満たすことができるかどうかを特定すること。

提案手法

• 本研究では、$a_\mu^{SM}$ の2つの代表的標準模型予測を用いる：ハドロン的寄与に関してはDavierとHöcker（DH）に基づくもの（ケースA）、もう一方はJegerlehner（J2000）のもので、不確実性が大きい（ケースB）。
• 実験的および理論的不確実性を組み合わせた $\Delta a_\mu = a_\mu^{exp} - a_\mu^{SM}$ を計算し、新しい物理の寄与 $\delta a_\mu$ に対する95%信頼水準（CL）の区間を導出する。
• ヒッグスの $a_\mu$ への2ループ寄与を計算し、スカラーヒッグス $h$ に対しては $W^+$ および $H^\pm$ を含むフェルミオンおよびボソンのループ図を、擬スカラーヒッグス $A$ に対しては $H^\pm$ のみを含む。$\chi_V^h = 0$ を仮定して $W$-ループ寄与を抑制する。
• 単一の支配的ヒッグス交換（$h$ または $A$ のいずれか）を仮定し、ヒッグス質量と $\tan\beta$ の関数として得られる $\delta a_\mu$ を評価する。
• ALEPH、DELPHI、OPAL、およびLEPのヤウカフカップリングに関する制約を $g-2_\mu$ の制約と組み合わせ、$Z \to h(A)\gamma$、$\Upsilon$ 衰え、およびテバトロン探索からの制約を統合する。
• ケースA（ハドロン的不確実性が小さい）とケースB（不確実性が大きい）の両方で結果を比較し、ケースAでは正の $\delta a_\mu$ バンドが得られ、ケースBでは正負両方の寄与が許容される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新しいE821測定値による $g-2_\mu$ は、軽いヒッグスボソンの寄与によって2HDM(II)モデルと整合可能か？
• RQ2 ハドロン的真空極化寄与の不確実性は、$a_\mu$ における新しい物理の許容領域にどのように影響するか？
• RQ3 1ループ近似ではなく2ループ計算を用いることで、2HDM(II)における最軽いヒッグスボソン（$h$ または $A$）のヤウカフカップリングにどのような制約が得られるか？
• RQ4 軽いヒッグスボソンの質量範囲と $\tan\beta$ 値は、$g-2_\mu$ 異常と他の実験的制約の両方を満たすか？
• RQ5 $g-2_\mu$ データと他の低エネルギーおよびLEPの制約を組み合わせることで、2HDM(II)における軽いスカラーヒッグス $h$ または軽い擬スカラーヒッグス $A$ は許容可能か？

主な発見

• ケースA（DHハドロン的寄与に基づく）では、$\delta a_\mu$ の95%CL区間は $102 \leq \delta a_\mu \leq 750 \times 10^{-11}$ であり、正の寄与のみを示している。
• ケースB（J2000に基づく）では、95%CL区間は $-8.65 \leq \delta a_\mu \leq 733 \times 10^{-11}$ であり、正負両方の寄与が許容される。
• 2ループ解析によると、正の $\delta a_\mu$ は5 GeV未満のスカラーヒッグス $h$ あるいは3 GeV以上の擬スカラーヒッグス $A$ から生じる。
• 負の $\delta a_\mu$ は、5 GeVを超えるスカラーヒッグス $h$ あるいは3 GeV未満の擬スカラーヒッグス $A$ に関連している。
• $g-2_\mu$ の制約と他の制約を組み合わせた結果、25 GeVから70 GeVの質量と $ anh\beta > 30$ を満たす擬スカラーヒッグス $A$ は許容可能であるが、軽いスカラーヒッグス $h$ は除外される。
• ケースBを用いる場合、50 GeVを超える $A$ および10 GeVを超える $h$ に対して、従来の限界を改善し、ケースAでは5 GeV未満の $h$ および3 GeV以上の $A$ に対して許容領域が得られる。