[논문 리뷰] Large muon $(g-2)$ with TeV-scale SUSY masses for $ an\beta o\infty$

Markus Bach, Jae-hyeon Park외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 04. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 38인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 $\tan\beta \to \infty$ 조건에서 MSSM에서 뮤온 비정상 자기모멘트 $(g-2)_{\mu}$를 조사하며, 테바 스케일의 초대칭 스펙트럼이 관측된 $28.7 \times 10^{-10}$의 격차를 설명할 수 있음을 보여준다. 빈 또는 왼쪽 스뮤폰 질량 분리가 $a_{\mu}^{\text{SUSY}}$를 증폭시키는 데 핵심적임을 밝혀내었으며, 타당한 현상학적 시나리오를 위해 분석적 공식과 벤치마크 포인트를 제공한다.

ABSTRACT

The muon anomalous magnetic moment $a_\\mu$ is investigated in the MSSM for $\ an\\beta\ o\\infty$. This is an attractive example of radiative muon mass generation with completely different qualitative parameter dependence compared to the MSSM with the usual, finite $\ an\\beta$. The observed, positive difference between the experimental and Standard Model value can only be explained if there are mass splittings, such that bino contributions dominate over wino ones. The two most promising cases are characterized either by large Higgsino mass $\\mu$ or by large left-handed smuon mass $m_L$. The required mass splittings and the resulting $a_\\mu^\ ext{SUSY}$ are studied in detail. It is shown that the current discrepancy in $a_\\mu$ can be explained even in cases where all SUSY masses are at the TeV scale. The paper also presents useful analytical formulas, approximations for limiting cases, and benchmark points.

연구 동기 및 목표

• 테바 스케일 초대칭이 관측된 뮤온 비정상 자기모멘트 $a_\mu$의 격차를 설명할 수 있는지 탐구하는 것.
• $\tan\beta \to \infty$ 극한에서 MSSM의 $a_\mu$ 행동을 조사하며, 여기서 뮤온 질량은 반사적으로 생성되고, 고차원 질량은 존재하지 않는다.
• 이 극한에서 $a_\mu$에 대한 주요 초대칭 기여를 식별하며, 특히 빈과 윈오 기여를 명확히 구분하는 것.
• 모든 초대칭 질량이 테바 스케일에 있을 경우, 현상학적으로 타당한 시나리오를 위한 분석적 근사식과 벤치마크 포인트를 도출하는 것.
• $\tan\beta \to \infty$ 극한에서 실험 제약 조건과 이론적 내부 일관성 간의 일관성을 확보하는 것.

제안 방법

• 반사적으로 뮤온 질량이 생성되고 $v_d = 0$이며 $\tan\beta \to \infty$인 MSSM에서의 1-loop 자기에너지 및 자기모멘트 계산을 사용한다.
• 뮤온 양하이 커플링 $y_\mu$에 대한 의존성을 선형화하기 위해 질량 삽입 근사를 적용하여 $a_\mu^{\text{SUSY}}$ 계산을 단순화한다.
• 차가린오–스누트론 및 중성미온오–스뮤폰 루프 다이어그램을 통해 $F_2^C(x)$ 및 $F_2^N(x)$ 루프 함수를 사용하여 $a_\mu^{\text{SUSY}}$에 대한 분석적 표현을 유도한다.
• 빈 유사 및 윈오 유사 차가린오 및 중성미온오의 기여를 평가하며, 필요한 $a_\mu$를 생성하는 데 빈의 기여가 윈오보다 우세함을 강조한다.
• 큰 히그스티노 질량 $\mu$ 또는 큰 왼쪽 스뮤폰 질량 $m_L$이 테바 스케일 질량에서 큰 $a_\mu^{\text{SUSY}}$를 가능하게 하는 핵심 매개변수임을 고려한다.
• 모든 벤치마크 포인트에서 $y_\mu$를 수치적으로 결정하기 위해 $m_\mu = -\Sigma_\mu^{\text{MSSM}}$의 관계를 사용하여 뮤온 질량 생성과 $a_\mu$ 간의 일관성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 모든 초대칭 질량이 테바 스케일에 있을 때, $\tan\beta \to \infty$ 조건에서 MSSM 내에서 관측된 뮤온 비정상 자기모멘트의 격차를 설명할 수 있는가?
• RQ2 반사적으로 뮤온 질량이 생성되는 $\tan\beta \to \infty$ 극한에서의 $a_\mu$에 대한 주요 초대칭 기여는 무엇이며, 유한한 $\tan\beta$ 조건에서의 표준 MSSM과는 어떻게 다를까?
• RQ3 빈 상태와 윈오 상태 사이의 질량 분리 또는 $m_L$과 $m_R$ 사이의 질량 분리가 $a_\mu^{\text{SUSY}}$의 크기에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 실험 제약 조건을 만족하면서도 일관된 $a_\mu$ 설명이 가능한 분석적 근사식과 벤치마크 포인트는 무엇인가?
• RQ5 나무단계 뮤온 질량이 없는 $\tan\beta \to \infty$ 극한에서 $a_\mu$ 기여의 구조와 양하이 커플링 비선형성의 역할은 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• 관측된 $a_\mu$ 격차 $(28.7 \pm 8.0) \times 10^{-10}$는 모든 초대칭 질량이 테바 스케일에 있을 때조차도 $\tan\beta \to \infty$ 조건에서 MSSM 내에서 설명될 수 있다.
• 빈 기여가 윈오 기여보다 $a_\mu^{\text{SUSY}}$ 생성에 지배적이며, 빈 유사 및 윈오 유사 상태 사이의 질량 분리를 크게 요구한다.
• 큰 히그스티노 질량 $\mu$ 또는 큰 왼쪽 스뮤폰 질량 $m_L$은 테바 스케일 질량에서 필요한 $a_\mu^{\text{SUSY}}$를 달성하기 위한 두 가지 가장 유망한 메커니즘이다.
• 1-loop 기여는 루프 함수 $F_2^C(x)$ 및 $F_2^N(x)$를 사용하여 유도되었으며, 질량 삽입 근사 하에서는 $y_\mu$에 대해 선형이다.
• 비선형 항은 $m_\mu/M_{\text{SUSY}}$가 아닌 $M_{W,Z}/M_{\text{SUSY}}$에 의해 억제되므로, 유한한 $\tan\beta$ 경우보다 더 중요하게 작용한다.
• 관측된 $a_\mu$ 격차를 충족하면서도 실험 제약 조건과 이론적 일관성에 부합하는 벤치마크 포인트가 제공된다.