[논문 리뷰] Muon g-2 and CP violation in MSSM

Chengcheng Han|arXiv (Cornell University)|2021. 04. 07.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 22

한 줄 요약

이 논문은 뮤온의 비정상 자석모멘트($g-2$) 이상현상에 대해 최소 초대칭 표준모형(MSSM)에서 CP 위반 위상에 가해지는 제약 조건을 조사한다. 전자 전기 dipole 모멘트(EDM) 실험은 관련된 CP 위상들을 $\mathcal{O}(2{-}3)\times10^{-5}$ 수준으로 제약하며, 이는 CP 위반을 억제하기 위해 정밀조정 또는 특정 초대칭 붕괴 메커니즘의 필요성을 시사한다.

ABSTRACT

We study the constraints of the CP violation in the muon $g-2$ preferred region of the minimal supersymmetric standard model assuming a universal slepton masses within first two generations. We present two particular scenarios where the $g-2$ anomaly is predicted within 2 $σ$ level mainly through the chargino loop or the bino loop. We found that for both cases the electron EDM experiment already highly constrained the CP phase of the parameters: either the Arg[$μM_1]$ or Arg[$μM_2]$ should be smaller than $\mathcal O$(2-3)$ imes10^{-5}$. If the muon $g-2$ anomaly is explained by the MSSM, a particular SUSY breaking mechanism is needed to guarantee the small CP phase of SUSY parameters. Otherwise, a tuning of $\mathcal O(10^{-5})$ is needed to cancel the phase in a general CP violated SUSY model.

연구 동기 및 목표

• 관측된 뮤온 $g-2$ 이상현상이 전자 EDM 제약 조건을 만족시키는 동안 MSSM 내에서 설명될 수 있는지 조사하기.
• 주로 차린고 또는 빈오 루프에 의해 $g-2$ 이상현상이 설명되는 MSSM 내 타당한 매개변수 영역을 규명하기.
• 전자 EDM 실험과의 충돌을 피하기 위해 MSSM 매개변수 공간 내에서 CP 위반 위상의 필요로 하는 작고서야 하는 크기를 결정하기.
• 일반적인 CP 위반 MSSM이 정밀조정 없이 $g-2$ 이상현상을 수용할 수 있는지, 또는 특정 초대칭 붕괴 메커니즘이 필요로 하는지 평가하기.

제안 방법

• 고정된 $\tilde{\mu}_L = \tilde{\mu}_R = \tilde{e}_L = \tilde{e}_R = m_0$, $\tan\beta = 50$, 나머지 매개변수들을 5 TeV로 설정한 MSSM 매개변수 공간의 수치적 스캔.
• 두 시나리오로 별도 분석: 빈오 루프 지배 ($M_2 = 0.5$ TeV, $\mu > 3$ TeV) 및 차린고 루프 지배 ($\mu = 0.4$ TeV, $M_1 = 3$ TeV).
• CPsuperH 2.3을 사용해 $g-2$ 및 전자 EDM 계산, MicrOMEGAs 5.2를 사용해 암흑물질 잔여 밀도 및 직접 탐지 제약 조건 분석.
• 위상 의존성은 $\text{Arg}[\mu M_1]$ 및 $\text{Arg}[\mu M_2]$를 통해 분석하며, 독립적인 위상을 줄이기 위해 $A_e = A_\mu = 0$로 설정.
• LHC 스레프톤 및 차린고 탐지 제약 조건(예: $M_2 > 0.5$ TeV, $\mu > 0.4$ TeV)을 적용하여 타당한 매개변수 공간 제한.
• 힉스노의 과잉으로 인한 감소 요인을 고려한 Xenon1T 암흑물질 직접 탐지 제약 조건 포함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 뮤온 $g-2$ 이상현상은 차린고 또는 빈오 루프를 통해 MSSM 내에서 전자 EDM 제약 조건을 만족시키며 설명될 수 있는가?
• RQ2 전자 EDM 한계를 만족시키기 위해 $\text{Arg}[\mu M_1]$ 또는 $\text{Arg}[\mu M_2]$ 내에서 허용 가능한 최대 CP 위상은 얼마인가?
• RQ3 $\tan\beta$ 의 의존성이 $g-2$ 설명에서의 CP 위상 제약의 강건성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 일반적인 CP 위반 MSSM에서 CP 위상을 상쇄하기 위해 정밀조정이 필요한가, 아니면 특정 초대칭 붕괴 메커니즘이 자연스럽게 이를 억제할 수 있는가?
• RQ5 LHC, 암흑물질, 전자 EDM 제약 조건을 통합했을 때 $g-2$ 설명에 대한 타당한 매개변수 공간은 무엇인가?

주요 결과

• 빈오 루프 시나리오에서는 전자 EDM 제약 조건을 만족시키기 위해 CP 위상 $\text{Arg}[\mu M_1]$ 가 $3 \times 10^{-5}$ 이하여야 한다.
• 차린고 루프 시나리오에서는 전자 EDM 한계를 만족시키기 위해 CP 위상 $\text{Arg}[\mu M_2]$ 가 $2 \times 10^{-5}$ 이하여야 한다.
• CP 위상들이 충분히 작을 경우, 두 시나리오 모두 실험 값의 2$\sigma$ 범위 내에서 $g-2$ 이상현상을 설명할 수 있다.
• CP 위상 제약 조건은 $\tan\beta$ 에 대해 강건하다. 왜냐하면 $g-2$ 와 전자 EDM 모두 $\tan\beta$ 비례하기 때문에 의존성이 상쇄되기 때문이다.
• 일반적인 CP 위반 MSSM은 CP 위상을 상쇄하기 위해 $\mathcal{O}(10^{-5})$ 수준의 정밀조정이 필요하므로, 특정 초대칭 붕괴 메커니즘이 필요함을 시사한다.
• Xenon1T 직접 탐지 제약 조건은 차린고 루프 시나리오의 1$\sigma$ 선호 영역의 일부를 배제하며, 남는 타당한 영역은 매우 작다.