[論文レビュー] The $W\ellν$-vertex corrections to W-boson mass in the R-parity violating MSSM

Min-Di Zheng, Feng-Zhi Chen+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、R-奇性破れ最小超対称標準模型（RPV-MSSM）における$W$ボソン質量補正を調査し、特に$\lambda^\prime$に起因する$W\ell\nu$頂点補正に注目する。これらの頂点補正のみではCDF-IIの$7\sigma$の乖離を完全に説明することはできないが、非斜交補正と組み合わせることで、現在の実験的制約内においても妥当なNP解釈が可能となり、$m_W$測定値と整合する$3\sigma$レベルまで改善される。

ABSTRACT

Inspired by the astonishing $7σ$ discrepancy between the recent CDF-II measurement and the standard model prediction on the mass of $W$-boson, we investigate the $λ'$-corrections to the vertex of $μ oν_μe\bar{ν_e}$ decay in the context of the $R$-parity violating minimal supersymmetric standard model. These corrections can raise the $W$-boson mass independently. Combined with recent $Z$-pole and kaon decay measurements, $m_W \lesssim 80.37$ GeV can be reached. We find that these vertex corrections cannot explain the CDF result entirely at the $2σ$ and even $3σ$ levels. However, these corrections together with the oblique contributions can be accordant with the CDF-II result and relevant bounds at the $3σ$ level.

研究の動機と目的

• CDF-IIの$W$ボソン質量測定値と標準模型（SM）予測との間の$7\sigma$の乖離を、RPV-MSSMにおける$\lambda^\prime$に起因する$W\ell\nu$頂点補正が説明可能かどうかを調査すること。
• 非斜交補正に依存しない独立した$W$ボソン質量増幅源としてのこれらの頂点補正の妥当性を評価すること。
• RPV-MSSMにおける$\lambda^\prime$頂点補正と非斜交補正の組み合わせ効果が、CDF-IIの測定結果を実験的制約内に収めるかを同定すること。
• Z極点およびカイオン崩壊測定を用いて、$\lambda^\prime$カップリングのパラメータ空間を制約すること。

提案手法

• 本研究では、RPV-MSSMにおける$\lambda^\prime\hat{L}\hat{Q}\hat{D}$超ポテンシャル項に起因する一回微小な$W\ell\nu$頂点補正を計算する。
• 関係式$m_W^2/m_Z^2 = \frac{1}{2} + \sqrt{\frac{1}{4} - \frac{\pi\alpha}{\sqrt{2}G_\mu m_Z^2}(1 + \Delta r)}$を用いて、$m_W$を$\Delta r$補正と関連づけ、SMおよびNP寄与に分解する。
• NP寄与$\Delta r$は自己エネルギー（$h^s$）、頂点（$h^v$）、ボックス（$h^b$）補正に分割され、$h^v$は$\lambda^\prime$媒介図式によって支配的である。
• 数値的結果は、ベンチマークMSSMパラメータに対してFeynHiggs-2.18.1を用いて$h^s$を計算し、$h^v$は解析的に$h^\prime_{aa} \propto x_t f_W(x_t) |\tilde{\lambda}^\prime_{a33}|^2$として導出する。
• $Z$極点およびカイオン崩壊制約の文脈で、$h^s$と$h^v$の組み合わせ効果を評価し、$M_{\tilde{Q}_3}, M_{\tilde{U}_3}, M_{\tilde{D}_3}, A_t, A_b$のパラメータスキャンを実施する。
• モデルの予測を、CDF-IIの$m_W = 80.4335 \pm 0.0094$ GeVおよびSM予測$m_W^{\rm SM} = 80.357 \pm 0.006$ GeVと、$2\sigma$および$3\sigma$レベルで比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RPV-MSSMにおける$\lambda^\prime$に起因する$W\ell\nu$頂点補正は、CDF-IIの異常を説明するのに十分な$W$ボソン質量の上昇をもたらすか？
• RQ2 これらの頂点補正のみで、$2\sigma$および$3\sigma$レベルでの$m_W$乖離をどの程度まで解消できるか？
• RQ3 RPV-MSSMにおける$\lambda^\prime$頂点補正と非斜交補正の組み合わせは、$Z$極点およびカイオン崩壊制約を満たしつつ、CDF-IIの$m_W$測定結果を説明可能か？
• RQ4 実験的制約内に収まる$W$ボソン質量増幅を実現するための、$\tilde{\lambda}^\prime_{a33}$カップリングの許容可能なパラメータ空間は何か？

主な発見

• 純粋に$\lambda^\prime$に起因する$W\ell\nu$頂点補正のみでは、CDF-IIの$W$ボソン質量測定値を$2\sigma$レベルで説明することはできず、$3\sigma$レベルでも不十分である。
• 頂点補正は$m_W$に約$0.0742 \times x_t f_W(x_t) |\tilde{\lambda}^\prime_{a33}|^2$ GeVの増幅を寄与する。ここで$x_t = m_t^2 / m_{\tilde{t}}^2$である。
• 非斜交補正（$h^s \approx -8 \times 10^{-4}$）と組み合わせることで、モデルは$3\sigma$許容領域内に収まるように$m_W$を約80.38 GeVまで引き上げられる。
• CDF-II結果を$3\sigma$で説明可能な領域は、$m_W^{\rm CDF}$測定範囲の上端付近の狭い重複領域に限定される。
• ベンチマーク点$M_{\tilde{Q}_3} = 2.1$ TeV、$M_{\tilde{U}_3} = 10$ TeV、$A_t = A_b = 1.5$ TeVでは、$m_W^{\rm NP} \approx 80.370 + 0.0742 x_t f_W(x_t) |\tilde{\lambda}^\prime_{a33}|^2$ GeVとなり、非斜交効果と組み合わせることで$3\sigma$レベルで$m_W^{\rm CDF}$と整合する。
• 本研究では、$\lambda^\prime$頂点補正は単独では不十分であるが、RPV-MSSM枠組み内で他のNP寄与と組み合わせることで、$m_W$異常の説明に補完的役割を果たす可能性があると確認した。