[論文レビュー] Improved $(g-2)_μ$ Measurements and Supersymmetry : Implications for $e^+e^-$ colliders

Manimala Chakraborti, S. Heinemeyer+1 more|arXiv (Cornell University)|May 13, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、ミュオンの異常磁気モーメントにおける持続的な4.2σの不一致を解消するための最小超対称標準模型（MSSM）を検討する。LHCにおける直接探索、ダークマターの残存密度、および直接検出の制約を組み合わせることで、最軽い中性ノーニャ（LSP）および次に軽い超対称粒子（NLSP）の質量が約600 GeV未塔であることが特定され、将来の$e^+e^-$衝突型加速器（ILCおよびCLIC）の主な標的となる。

ABSTRACT

The persistent 3-4$σ$ discrepancy between the experimental result from BNL for the anomalous magnetic moment of the muon and its Standard Model (SM) prediction, was confirmed recently by the "MUON G-2" result from Fermilab. The combination of the two measurements yields a deviation of 4.2$σ$ from the SM value. Here, we review an analysis of the parameter space of the electroweak (EW) sector of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM), which can provide a suitable explanation of the anomaly while being in full agreement with other latest experimental data like the direct searches for EW particles at the LHC and dark matter (DM) relic density and direct detection constraints. Taking the lightest supersymmetric particle (LSP) (the lightest neutralino in our case) to be the DM candidate, we discuss the case of a mixed bino/wino LSP, which can account for the full DM relic density of the universe and that of wino and higgsino DM, where we take the relic density only as an upper bound. We observe that an upper limit of ~ 600 GeV can be obtained for the LSP and next-to (N)LSP masses establishing clear search targets for the future HL-LHC EW searches, but in particular for future high-energy $e^+e^-$ colliders, such as the ILC or CLIC.

研究の動機と目的

• $(g-2)_\mu$における4.2\sigmaの不一致を説明するMSSMにおける実現可能な超対称パラメータ空間を特定すること。
• CheckMATEによる再解釈を通じて、チャージノ、ニュートラリノ、 Sleptons に対するLHC直接探索の最新の制約を組み込むこと。
• ダークマターの残存密度および直接検出の制約を組み込み、許容可能なパラメータ空間をさらに制限すること。
• 将来の$e^+e^-$衝突型加速器の探査対象となるLSPおよびNLSPの特定の質量範囲を同定すること。
• higgsino、wino、およびbino/winoダークマターに関連する圧縮されたSUSYスペクトルに適した将来の$e^+e^-$衝突型加速器（ILC、CLIC）の発見可能性を評価すること。

提案手法

• 共通のソフト破れパラメータを持つチャージノ、ニュートラリノ、スレプトンを焦点とするMSSMの電弱セクターを分析する。
• 更新された$(g-2)_\mu$の世界平均値（$\Delta a_\mu = 25.1 \pm 5.9 \times 10^{-10}$）および3.7\sigmaから4.2\sigmaの不一致を適用する。
• CheckMATEによるLHC探索の再解釈を用いて、ニュートラリノ、チャージノ、スレプトンの質量に対する直接の制約を適用する。
• 2つのダークマター状況を検討する：(1) 全体の残存密度を占める混合bino/wino LSP、および (2) 残存密度が上限として与えられるwino/higgsino LSP。
• $m_{\tilde{\chi}_1^{\pm}}$–$\Delta m$平面における将来の$e^+e^-$衝突型加速器（ILC、CLIC）の発見領域を予測する。ここで$\Delta m = m_{\tilde{\chi}_1^{\pm}} - m_{\tilde{\chi}_1^0}$である。
• $e^+e^- \to \tilde{\chi}_1^0\tilde{\chi}_1^0\gamma$の最終状態における圧縮スペクトルおよび$Z/h$-ポール過程の感度を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $(g-2)_\mu$の4.2σの不一致を説明し、すべての現在の実験的制約を満たすMSSMにおけるLSPおよびNLSPの質量範囲は何か？
• RQ2 LHC直接探索、ダークマターの残存密度、および直接検出の限界が、$(g-2)_\mu$の不一致の文脈におけるMSSMのパラメータ空間にどのように制約を加えるか？
• RQ3 将来の$e^+e^-$衝突型加速器（ILC、CLIC）が、higgsino、wino、およびbino/winoダークマターに関連する圧縮されたSUSYスペクトルをどの程度探査できるか？
• RQ4 LSPの組成状況に応じて、ILCおよびCLICの期待される発見領域は、特に$m_{\tilde{\chi}_1^{\pm}}$–$\Delta m$平面でどのようになるか？
• RQ5 $e^+e^-$衝突型加速器における中性ノーニャの$Z$または$h$-ポール共鳴状態生成が、$(g-2)_\mu$の解決策の文脈で検出可能な信号をもたらす可能性はあるか？

主な発見

• 更新された$(g-2)_\mu$結果とLHC探索の組み合わせによる制約から、MSSMにおけるLSPおよびNLSPの質量は約600 GeV未塔に制限される。
• ヒッグス型およびウィノダークマターの状況では、高エネルギー$e^+e^-$衝突型加速器（ILC1000やCLIC1500）が、特に圧縮スペクトル領域において、許容可能なパラメータ空間全体をカバーできる。
• 全ダークマター残存密度を占めるビノ/ウィノLSP状況は、将来の$e^+e^-$衝突型加速器によって最も効果的に制限され、CLIC1500が許容領域全体をカバーすると予想される。
• HL-LHCおよびHE-LHCは、ウィノおよびヒッグス型DMのパラメータ空間を部分的にしかカバーできない。これは、高エネルギー$e^+e^-$衝突型加速器の必要性を強調する。
• $Z$または$h$-ポール共鳴状態による中性ノーニャ生成は、$e^+e^-$衝突型加速器の探査領域を顕著に向上させ、$\tilde{\chi}_1^0\tilde{\chi}_1^0\gamma$の検出可能な最終状態をもたらす可能性がある。
• 将来の$e^+e^-$衝突型加速器は、特にウィノおよびヒッグス型DMの圧縮されたSUSYスペクトルの全パラメータ空間をカバーするために不可欠である。