[논문 리뷰] Muon anomalous magnetic dipole moment in the $\mu u$SSM

Hai-Bin Zhang, Changxin Liu외 2명|arXiv (Cornell University)|2021. 04. 09.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 µνSSM에서 두 루프 수준에서 뮤온의 비정상 자기율모멘트(g-2)를 조사하여, Fermilab 실험과 표준모형 예측 간의 4.2σ 이격을 설명할 수 있음을 보여준다. 또한 전자 및 타우 렙톤의 비정상 자기율모멘트를 계산하고, 힉스 보손의 붕괴 h → μμ를 연구하여 불확도 범위 내에서 LHC 데이터와 일치함을 확인한다.

ABSTRACT

Recently, the Muon g-2 experiment at Fermilab has measured the muon anomalous magnetic dipole moment (MDM), $a_\mu=(g_\mu-2)/2$, which reported that the new experimental average increases the tension between experiment and the standard model (SM) prediction to 4.2$\sigma$. In this work, we reanalyse the muon anomalous MDM at two-loop level in the $\mu$ from $ u$ Supersymmetric Standard Model ($\mu u$SSM) combined with the updated experimental average. The $\mu u$SSM can explain the current tension between the experimental measurement and the SM theoretical prediction for the muon anomalous MDM, constrained by the 125 GeV Higgs boson mass and decays, the rare decay $\bar{B} ightarrow X_s\gamma$ and so on. We also investigate the anomalous MDM of the electron and tau lepton, $a_e=(g_e-2)/2$ and $a_ au=(g_ au-2)/2$, at two-loop level in the $\mu u$SSM. In addition, the 125 GeV Higgs boson decays to a pair of charged leptons in the $\mu u$SSM are also analysed.

연구 동기 및 목표

• Fermilab 뮤온 g-2 측정치와 표준모형 예측 간의 4.2σ 이격을 해결하기 위해.
• µνSSM에서 뮤온, 전자, 타우 렙톤의 비정상 자기율모멘트(MDMs)에 대한 두 루프 기여를 계산하기 위해.
• 125 GeV 힉스 보손의 한 루프 붕괴 너비 h → μμ를 µνSSM 프레임워크 내에서 분석하기 위해.
• 125 GeV 힉스 보손 질량, 붕괴(특히 h → γγ, h → VV*, h → bb̄, h → ττ) 및 희귀 B 붕괴를 포함한 실험 데이터를 이용해 모델을 제약하기 위해.

제안 방법

• 초위상과 소프트 SUSY 위반 항을 사용하여 µνSSM에서 렙톤의 두 루프 기여를 계산한다.
• 세 개의 오른쪽 수동 뉴트리노 초위상장을 포함한 효과적 초위상을 사용하여, 세이브 메커니즘을 통해 작은 뉴트리노 질량을 생성한다.
• µνSSM에서 렙톤과 카르기노/중성노이노의 상호작용을 고려하여 h → μμ의 한 루프 붕괴 너비를 평가한다.
• 125 GeV 힉스 보손 질량, 힉스 붕괴(h → γγ, h → VV*, h → bb̄, h → ττ) 및 희귀 붕괴 B̄ → Xsγ를 고려하여 제약 조건을 적용한다.
• 업데이트된 실험 평균치를 통합: ∆aµ = (25.1 ± 5.9) × 10⁻¹⁰ 및 h → μμ의 신호 강도(1.2 ± 0.6 및 1.19⁺⁰.⁴⁰⁺⁰.¹⁵₋₀.³⁹₋₀.¹⁴).
• 수치적으로 매개변수 공간을 분석하여 실험적 제약 조건과 g-2 이상 현상과의 일치 여부를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 µνSSM는 두 루프 수준에서 관측된 뮤온 비정상 자기율모멘트(aµ)의 4.2σ 이격을 설명할 수 있는가?
• RQ2 µνSSM에서 전자 및 타우 렙톤의 비정상 MDM 예측값은 무엇이며, 현재 실험 데이터와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 µνSSM는 125 GeV 힉스 보손이 뮤온 쌍으로 붕괴하는 붕괴 너비(h → μμ)에 어떤 영향을 미치며, LHC 측정치와 일치하는가?
• RQ4 µνSSM는 125 GeV 힉스 보손 질량, 그 붕괴 모드 및 g-2 이상 현상을 동시에 얼마나 잘 수용할 수 있는가?

주요 결과

• µνSSM는 두 루프 기여를 통해 Fermilab 및 BNL 평균치에 업데이트된 결과와 일치하는 방식으로 뮤온 비정상 자기율모멘트(aµ)의 4.2σ 이격을 성공적으로 설명할 수 있다.
• 모델은 전자의 양의 비정상 MDM △ae = (4.8 ± 3.0) × 10⁻¹³을 예측하며, 새로운 표준모형 재평가 및 실험 데이터와 일치한다.
• µνSSM에서 h → μμ의 예측된 신호 강도는 1.2 ± 0.6 (2.0σ) 및 1.19⁺⁰.⁴⁰⁺⁰.¹⁵₋₀.³⁹₋₀.¹⁴ (3.0σ)로, ATLAS 및 CMS LHC 측정치와 일치한다.
• 모델은 실험 데이터에 의해 제약된 125 GeV 힉스 보손 질량과 그 γγ, VV*, bb̄, ττ 붕괴 방식과도 일치한다.
• µνSSM에서 aµ의 두 루프 기여는 주로 오른쪽 수동 뉴트리노 초위상장과 힉스티노 혼합을 포함한 카르기노 및 중성노이노 루프에서 기인한다.
• 모델은 정밀 전자약 상호작용 및 힉스 보손 데이터와도 일치하면서 뮤온 g-2 이상 현상을 해결할 수 있는 타당한 프레임워크를 제공한다.