[論文レビュー] What Fermilab $(g-2)_{\mu}$ experiment tells us about discovering SUSY at HL-LHC and HE-LHC

Amin Aboubrahim, Michael Klasen+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2021

Computational Physics and Python Applications参考文献 1被引用数 13

ひとこと要約

人工ニューラルネットワークを用いて、フェルミラブおよびブルークヘブンの$(g-2)_\mu$ 測定値と整合する超重力GUTモデルを調査した。グルーニョ駆動による電弱対称性の破れは、軽い slepton と charginos を持つスプリングスケールの分離したスピンター質量スペクトルを好む。もし超対称性が$(g-2)_\mu$ 異常の全貌を説明できるならば、slepton 対生成と崩壊によって、HL-LHC およびより低い統合光度で HE-LHC でも発見可能である。

ABSTRACT

Using an artificial neutral network we explore the parameter space of supergravity grand unified models consistent with the combined Fermilab E989 and Brookhaven E821 data on $(g-2)_\mu$. The analysis indicates that the region favored by the data is the one generated by gluino-driven radiative breaking of the electroweak symmetry. This region naturally leads to a split sparticle spectrum with light sleptons and weakinos but heavy squarks, with the stau and the chargino as the lightest charged particles. We show that if the entire deviation from the standard model $(g-2)_{\mu}$ arises from supersymmetry, then supersymmetry is discoverable at HL-LHC and HE-LHC via production and decay of sleptons within the optimal integrated luminosity of HL-LHC and with a smaller integrated luminosity at HE-LHC.

研究の動機と目的

• フェルミラブおよびブルークヘブンの$(g-2)_\mu$ 測定値を統合した結果と整合する、実現可能な超重力GUTモデルを同定すること。
• 観測された$(g-2)_\mu$ 偏りが、超対称性によって完全に説明可能かどうかを特定すること。
• 今後のハドロン衝突機、特にHL-LHCおよびHE-LHCにおけるそのような超対称性モデルの発見可能性を評価すること。
• グルーニョ駆動による放射的破れがスプリングスケール質量スペクトルに与える影響を調査すること。

提案手法

• 超重力の統一理論のパラメータ空間をスキャンするために、人工ニューラルネットワークを採用した。
• フェルミラブ E989 およびブルークヘブン E821 の$(g-2)_\mu$ 測定値の統合結果から得られる制約を、モデルパラメータの制約に用いた。
• グルーニョ媒介の電弱対称性の破れが$(g-2)_\mu$ 異常を説明するパラメータ空間の領域を同定した。
• その結果得られたスプリングスケールスペクトルを分析したところ、軽い slepton と弱いノイノ（weakinos）を有するが、重いクォークのスプリングスケールを有する分離スペクトルが得られた。
• slepton 対生成および崩壊のシグネチャをシミュレートすることで、HL-LHC および HE-LHC における発見可能性を評価した。
• 発見に必要な統合光度を、HL-LHC および HE-LHC の条件と比較して評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フェルミラブおよびブルークヘブンの$(g-2)_\mu$ 測定値を統合した結果と整合する、超重力GUTのパラメータ空間のどの領域が存在するか？
• RQ2 このモデルクラス内で、観測された$(g-2)_\mu$ 偏りの全貌が超対称性によって説明可能か？
• RQ3 グルーニョ駆動による放射的破れが$(g-2)_\mu$ 異常を説明する場合、得られるスプリングスケール質量スペクトルはどのようなものか？
• RQ4 HL-LHC が計画する統合光度で、予測された超対称性スペクトルは発見可能か？
• RQ5 同じ超対称性のシグネチャは、大幅に光度を減らした HE-LHC でも観測可能か？

主な発見

• $(g-2)_\mu$ 測定値と整合するパラメータ空間の領域は、グルーニョ駆動による電弱対称性の破れによって生成される。
• この領域は、軽い slepton と charginos を持つが、重いクォークを有する自然な分離スプリングスケールスペクトルを生じる。
• 好ましいシナリオでは、stau および chargino が最も軽い電荷を帯びたスプリングスケール粒子として特定された。
• もし$(g-2)_\mu$ 異常の全貌が超対称性に起因するならば、slepton 対生成および崩壊は、HL-LHC の最適な統合光度内で発見可能である。
• 同じシグネチャは、HL-LHC よりも少ない統合光度で HE-LHC でも発見可能である。
• 本研究は、このような超対称性モデルが今後のハドロン衝突機の発見範囲内にあることを確認した。