[논문 리뷰] What Fermilab $(g-2)_{\mu}$ experiment tells us about discovering SUSY at HL-LHC and HE-LHC

Amin Aboubrahim, Michael Klasen외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 04. 08.

Computational Physics and Python Applications참고 문헌 1인용 수 13

한 줄 요약

인공 신경망을 사용하여 페르미랩과 브룩헤븐의 $(g-2)_\mu$ 데이터와 일치하는 초중력 통합 이론(GUT) 모델을 탐색한 연구에서, 글루아인으로 유도되는 전자기대칭 깨짐이 가벼운 라플레톤과 카린고를 가진 분리된 초대칭 스펙트럼을 선호함을 발견함. 만약 초대칭이 $(g-2)_\mu$ 비정상성의 전부를 설명한다면, 라플레톤 쌍 생성 및 붕괴를 통해 HL-LHC에서 그리고 HE-LHC에서 더 낮은 루미노시티 조건에서도 발견 가능함.

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.

연구 동기 및 목표

• 페르미랩과 브룩헤븐의 $(g-2)_\mu$ 측정값을 종합적으로 설명할 수 있는 타당한 초중력 GUT 모델을 규명하기 위해.
• 관측된 $(g-2)_\mu$ 편차가 초대칭에 의해 완전히 기인될 수 있는지 판단하기 위해.
• 미래의 하드론 충돌기, 특히 HL-LHC와 HE-LHC에서 이러한 초대칭 모델의 발견 가능성을 평가하기 위해.
• 글루아인으로 유도되는 반사적 대칭 깨짐이 스피articles 질량 스펙트럼에 미치는 영향을 탐색하기 위해.

제안 방법

• 초중력 통합이론의 매개변수 공간을 스캔하기 위해 인공 신경망을 활용함.
• 페르미랩 E989와 브룩헤븐 E821의 $(g-2)_\mu$ 측정값을 종합한 자료를 바탕으로 모델 매개변수를 제약함.
• 글루아인 매개의 반사적 대칭 깨짐이 $(g-2)_\mu$ 비정상성을 설명할 수 있는 매개변수 영역을 규명함.
• 결과로 도출된 스피articles 스펙트럼을 분석하여, 라플레톤과 웨이크이노는 가볍고, 쿼크의 초입자는 무거운 분리된 스펙트럼이 됨을 발견함.
• 라플레톤 쌍 생성 및 붕괴 신호를 시뮬레이션하여 HL-LHC와 HE-LHC에서의 발견 가능성을 평가함.
• 발견을 위해 필요한 통합 루미노시티를 비교 분석함. HL-LHC와 HE-LHC 조건을 대조함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 페르미랩과 브룩헤븐의 $(g-2)_\mu$ 데이터를 종합적으로 고려할 때, 초중력 GUT 매개변수 공간의 어떤 영역이 일치하는가?
• RQ2 이 모델 유형 내에서 관측된 $(g-2)_\mu$ 편차의 전부가 초대칭에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ3 글루아인으로 유도되는 반사적 대칭 깨짐이 $(g-2)_\mu$ 비정상성을 설명할 경우, 도출되는 스피articles 질량 스펙트럼은 어떠한가?
• RQ4 HL-LHC의 계획된 통합 루미노시티 조건에서 예측된 초대칭 스펙트럼은 발견 가능한가?
• RQ5 유사한 초대칭 신호는 HE-LHC에서 더 낮은 루미노시티 조건에서도 관측 가능한가?

주요 결과

• $(g-2)_\mu$ 데이터와 일치하는 매개변수 영역은 글루아인으로 유도되는 전자기대칭 깨짐에 의해 생성됨.
• 이 영역은 자연스럽게 라플레톤과 카린고는 가볍고, 쿼크의 초입자는 무거운 분리된 스피articles 스펙트럼을 초래함.
• 선호되는 시나리오에서 스테우와 카린고는 가장 가벼운 전하를 띤 스피articles로 규명됨.
• 만약 $(g-2)_\mu$ 비정상성의 전부가 초대칭에 기인한다면, 라플레톤 쌍 생성 및 붕괴는 HL-LHC의 최적 통합 루미노시티 범위 내에서 발견 가능함.
• 동일한 신호는 HE-LHC에서 HL-LHC보다 더 낮은 통합 루미노시티 조건에서도 발견 가능함.
• 이 연구는 이러한 초대칭 모델이 미래의 하드론 충돌기에서 발견 가능하다는 점을 확인함.