[논문 리뷰] The (g-2)_mu data and the lightest Higgs boson in 2HDM(II)

Maria Krawczyk|ArXiv.org|2001. 12. 07.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 뮤온의 비정상 자기모멘트의 새로운 E821 측정치를 사용하여 비초구대칭 2HDM(II) 모델에서 가장 가벼운 힉스 보손을 제약한다. 두 번째 순서 계산을 통해 힉스 기여를 $a_\mu$에 적용함으로써, 경량 스칼라 $h$와 편미분자 $A$의 요다 쿠퍼링에 대한 더 견고한 제약를 유도하며, 질량이 25–70 GeV이고 $\tan\beta > 30$인 편미분자 $A$는 허용되지만, 경량 스칼라 $h$는 배제됨을 보여준다.

ABSTRACT

The present limits on the lightest Higgs boson in 2HDM (II) in light of the new E821 measurement of g-2 for the muon are discussed.

연구 동기 및 목표

• 뮤온의 비정상 자기모멘트에 대한 업데이트된 E821 측정치를 사용하여 2HDM(II)에서 가장 가벼운 힉스 보손에 대한 제약를 재평가하기.
• 强한 진공 분극 기여의 불확실성이 $a_\mu$에 대한 새로운 물리 기여의 允許 영역에 미치는 영향을 평가하기.
• 두 번째 순서 계산을 통해 $a_\mu$에 대한 힉스 기여를 적용하여, 경량 스칼라 $h$와 편미분자 $A$의 요다 쿠퍼링에 대한 개선된 제약를 도출하기.
• 기존의 실험 제약, 즉 $Z \to h(A)\gamma$, $\Upsilon$ 붕괴 및 LEP 탐색 결과와 $g-2_\mu$ 제약를 조합하여 경량 힉스 섹터에 대한 현재의 제약를 유도하기.
• 2HDM(II)에서 경량 힉스 보손이 $g-2_\mu$ 이４ anomaly와 다른 실험 제약을 동시에 만족시킬 수 있는지 결정하기.

제안 방법

• 연구는 $a_\mu^{SM}$에 대한 두 가지 대표적인 표준모형 예측을 사용한다: 하나는 강한 기여에 대해 Davier와 Höcker(DH)의 결과를 기반으로 한 경우(A), 다른 하나는 Jegerlehner(J2000)의 결과로 더 큰 불확실성을 가진 경우(B).
• 실험적 및 이론적 불확실성을 통합하여 $\Delta a_\mu = a_\mu^{exp} - a_\mu^{SM}$를 계산하고, 새로운 물리 기여 $\delta a_\mu$에 대한 95% 신뢰수준(CL) 구간을 유도한다.
• 두 번째 순서 계산을 통해 $a_\mu$에 대한 힉스 기여를 수행하며, 스칼라 $h$의 경우 $W^+$와 $H^\pm$를 포함한 Fermion 및 보존 루프 다이어그램을 고려하고, 편미분자 $A$의 경우 $H^\pm}$만 고려한다. $\chi_V^h = 0$을 설정하여 $W$-루프 기여를 억제한다.
• 분석은 단일 주요 힉스 교환(즉, $h$ 또는 $A$ 중 하나)을 가정하고, 해당 $\delta a_\mu$가 힉스 질량과 $\tan\beta$에 따라 어떻게 변화하는지 평가한다.
• ALEPH, DELPHI, OPAL 및 LEP에서의 요다 쿠퍼링 제약를 $g-2_\mu$ 제약와 조합하고, $Z \to h(A)\gamma$, $\Upsilon$ 붕괴 및 테바트론 탐색 결과에서의 제약를 통합한다.
• 결과는 경우 A(더 작은 강한 기여 불확실성)와 경우 B(더 큰 불확실성) 간에 비교되며, 경우 A는 양의 $\delta a_\mu$ 밴드를 제공하고, 경우 B는 양의 및 음의 기여 모두를 허용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 새로운 E821 측정치로 $g-2_\mu$는 2HDM(II) 모델에서 경량 힉스 보손의 기여를 통해 어떻게 조화를 이룰 수 있는가?
• RQ2 강한 진공 분극 기여의 불확실성은 $a_\mu$에 대한 새로운 물리 기여의 허용 영역에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 일차 순서 근사 대신 두 번째 순서 계산을 사용할 경우, 2HDM(II)에서 가장 가벼운 힉스 보손($h$ 또는 $A$)의 요다 쿠퍼링에 대한 제약는 어떻게 되는가?
• RQ4 경량 힉스 보손의 질량 범위와 $\tan\beta$ 값 중에서 $g-2_\mu$ 이４ 이상과 다른 실험 제약를 동시에 만족하는 것은 무엇인가?
• RQ5 $g-2_\mu$ 데이터와 다른 저에너지 및 LEP 제약를 조합할 경우, 2HDM(II)에서 경량 스칼라 $h$ 또는 경량 편미분자 $A$는 허용되는가?

주요 결과

• 경우 A(DH 강한 기여 기반)에서는 $\delta a_\mu$에 대한 95% CL 구간이 $102 \leq \delta a_\mu \leq 750 \times 10^{-11}$로, 양의 기여만을 나타낸다.
• 경우 B(J2000 기반)에서는 $\delta a_\mu$에 대한 95% CL 구간이 $-8.65 \leq \delta a_\mu \leq 733 \times 10^{-11}$로, 양의 및 음의 기여 모두를 허용한다.
• 두 번째 순서 분석 결과, 질량이 5 GeV 이하인 스칼라 $h$ 또는 질량이 3 GeV 초과인 편미분자 $A$에서 양의 $\delta a_\mu$ 기여가 발생할 수 있다.
• 음의 $\delta a_\mu$ 기여는 질량이 5 GeV 초과인 스칼라 $h$ 또는 질량이 3 GeV 이하인 편미분자 $A$와 관련이 있다.
• $g-2_\mu$ 제약를 다른 제약와 조합한 결과, 질량이 25 GeV에서 70 GeV 사이이고 $\tan\beta > 30$인 편미분자 $A$는 허용되지만, 경량 스칼라 $h$는 배제된다.
• 경우 B를 사용할 경우, 특히 $A$가 50 GeV 이상이고 $h$가 10 GeV 이상일 때 이전의 제약보다 개선되었으며, 경우 A에서는 $h$가 5 GeV 이하이고 $A$가 3 GeV 초과일 경우에 대해 허용 영역을 제공한다.