[论文解读] Large muon $(g-2)$ with TeV-scale SUSY masses for $ an\beta o\infty$

Markus Bach, Jae-hyeon Park+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 38被引用 7

一句话总结

本文研究了在 $\tan\beta \to \infty$ 条件下的 MSSM 中的μ子反常磁矩 $(g-2)_{\mu}$，表明TeV尺度的SUSY谱可以解释观测到的 $28.7 \times 10^{-10}$ 差异。研究识别出希格斯ino或左手中微子标量态质量分裂是增强 $a_{\mu}^{\text{SUSY}}$ 的关键因素，并为可行的理论物理情景提供了分析公式和基准点。

ABSTRACT

The muon anomalous magnetic moment $a_\\mu$ is investigated in the MSSM for $\ an\\beta\ o\\infty$. This is an attractive example of radiative muon mass generation with completely different qualitative parameter dependence compared to the MSSM with the usual, finite $\ an\\beta$. The observed, positive difference between the experimental and Standard Model value can only be explained if there are mass splittings, such that bino contributions dominate over wino ones. The two most promising cases are characterized either by large Higgsino mass $\\mu$ or by large left-handed smuon mass $m_L$. The required mass splittings and the resulting $a_\\mu^\ ext{SUSY}$ are studied in detail. It is shown that the current discrepancy in $a_\\mu$ can be explained even in cases where all SUSY masses are at the TeV scale. The paper also presents useful analytical formulas, approximations for limiting cases, and benchmark points.

研究动机与目标

• 探讨TeV尺度超对称是否能够解释μ子反常磁矩 $a_\mu$ 的观测差异。
• 研究在 MSSM 的 $\tan\beta \to \infty$ 极限下 $a_\mu$ 的行为，此时μ子质量通过辐射修正生成，且树图级质量消失。
• 识别在此极限下 $a_\mu$ 的主要SUSY贡献，特别是区分希格斯ino与温尼诺贡献的差异。
• 推导出分析近似公式，并为所有SUSY质量均处于TeV尺度的可行物理情景提供基准点。
• 确保在 $\tan\beta \to \infty$ 极限下与实验约束和理论内部一致性保持一致。

提出的方法

• 在 $\tan\beta \to \infty$ 的MSSM中使用单圈自能和磁矩计算，其中 $v_d = 0$，且μ子质量通过辐射修正生成。
• 应用质量插入近似来线性化对μ子Yukawa耦合 $y_\mu$ 的依赖，从而简化 $a_\mu^{\text{SUSY}}$ 的计算。
• 通过选择道子–中微子和中性子–μ标量圈图，利用圈函数 $F_2^C(x)$ 和 $F_2^N(x)$ 推导出 $a_\mu^{\text{SUSY}}$ 的分析表达式。
• 评估希格斯ino型与温尼诺型选择道子和中性子的贡献，强调希格斯ino对生成所需 $a_\mu$ 的主导作用。
• 考虑大Higgsino质量 $\mu$ 或大左手中微子标量质量 $m_L$ 作为关键参数，使在TeV尺度质量下实现大 $a_\mu^{\text{SUSY}}$ 成为可能。
• 利用关系式 $m_\mu = -\Sigma_\mu^{\text{MSSM}}$ 数值求解每个基准点的 $y_\mu$，以确保μ子质量生成与 $a_\mu$ 之间的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 $\tan\beta \to \infty$ 条件下，且所有SUSY质量均处于TeV尺度时，MSSM是否能够解释观测到的μ子反常磁矩差异？
• RQ2 在 $\tan\beta \to \infty$ 极限下，$a_\mu$ 的主要SUSY贡献是什么？它们与有限 $\tan\beta$ 条件下的标准MSSM有何定性差异？
• RQ3 希格斯ino与温尼诺态之间的质量分裂，或 $m_L$ 与 $m_R$ 之间的分裂，如何影响 $a_\mu^{\text{SUSY}}$ 的大小？
• RQ4 哪些分析近似和基准点能够实现对 $a_\mu$ 的一致解释，同时满足实验约束？
• RQ5 在 $\tan\beta \to \infty$ 极限下，树图级μ子质量的缺失如何影响 $a_\mu$ 贡献的结构，以及Yukawa耦合非线性性的作用？

主要发现

• 观测到的 $a_\mu$ 差异 $(28.7 \pm 8.0) \times 10^{-10}$ 可以在 $\tan\beta \to \infty$ 条件下的MSSM中解释，即使所有SUSY质量均处于TeV尺度。
• 希格斯ino贡献在生成 $a_\mu^{\text{SUSY}}$ 方面主导于温尼诺贡献，这要求希格斯ino型与温尼诺型态之间存在显著的质量分裂。
• 大Higgsino质量 $\mu$ 或大左手中微子标量质量 $m_L$ 是在TeV尺度质量下实现所需 $a_\mu^{\text{SUSY}}$ 的两种最有希望的机制。
• 通过圈函数 $F_2^C(x)$ 和 $F_2^N(x)$ 推导出 $a_\mu$ 的单圈贡献，且在质量插入近似下结果对 $y_\mu$ 呈线性关系。
• 在 $y_\mu$ 中的非线性项仅被 $M_{W,Z}/M_{\text{SUSY}}$ 抑制，而非 $m_\mu/M_{\text{SUSY}}$，因此其影响比有限 $\tan\beta$ 情况下更为显著。
• 提供了满足 $a_\mu$ 差异要求的基准点，同时与实验约束和 $\tan\beta \to \infty$ 极限下的理论一致性保持一致。