[论文解读] Muon anomalous magnetic dipole moment in the $\mu u$SSM

Hai-Bin Zhang, Changxin Liu+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 8

一句话总结

本文在两圈图水平下研究了μνSSM中的μ子反常磁矩（g-2），表明该模型能够解释费米实验室实验结果与标准模型预测之间存在的4.2σ差异。此外，本文还计算了电子和τ轻子的反常磁矩，并研究了希格斯玻色子衰变h → μμ，结果在不确定度范围内与LHC数据一致。

ABSTRACT

Recently, the Muon g-2 experiment at Fermilab has measured the muon anomalous magnetic dipole moment (MDM), $a_\mu=(g_\mu-2)/2$, which reported that the new experimental average increases the tension between experiment and the standard model (SM) prediction to 4.2$\sigma$. In this work, we reanalyse the muon anomalous MDM at two-loop level in the $\mu$ from $ u$ Supersymmetric Standard Model ($\mu u$SSM) combined with the updated experimental average. The $\mu u$SSM can explain the current tension between the experimental measurement and the SM theoretical prediction for the muon anomalous MDM, constrained by the 125 GeV Higgs boson mass and decays, the rare decay $\bar{B} ightarrow X_s\gamma$ and so on. We also investigate the anomalous MDM of the electron and tau lepton, $a_e=(g_e-2)/2$ and $a_ au=(g_ au-2)/2$, at two-loop level in the $\mu u$SSM. In addition, the 125 GeV Higgs boson decays to a pair of charged leptons in the $\mu u$SSM are also analysed.

研究动机与目标

• 解决费米实验室μ子g-2测量结果与标准模型预测之间存在的4.2σ张力。
• 在μνSSM中计算μ子、电子和τ轻子的反常磁矩（MDMs）的两圈图贡献。
• 在μνSSM框架下分析125 GeV希格斯玻色子衰变为一对μ子（h → μμ）的一圈宽度。
• 利用实验数据对模型进行约束，包括希格斯玻色子质量、衰变模式（包括h → γγ、h → VV*、h → bb̄、h → ττ）以及稀有B介子衰变。

提出的方法

• 使用超势和软SUSY破缺项，在μνSSM中执行带电轻子反常磁矩（MDMs）的两圈图计算。
• 采用包含三个右手上中子超多重态的等效超势，通过 seesaw 机制生成小的中微子质量。
• 利用μνSSM中希格斯玻色子与带电轻子及带电强子/中性子的耦合，评估h → μμ的一圈衰变宽度。
• 应用对125 GeV希格斯玻色子质量、希格斯衰变（h → γγ、h → VV*、h → bb̄、h → ττ）以及稀有衰变B̄ → Xsγ的约束。
• 引入更新的实验平均值：∆aµ = (25.1 ± 5.9) × 10⁻¹⁰，以及h → μμ的信号强度（1.2 ± 0.6 和 1.19⁺⁰.⁴⁰⁺⁰.¹⁵₋₀.³⁹₋₀.¹⁴）。
• 对参数空间进行数值分析，以评估其与实验限制及g-2异常的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 μνSSM是否能够在两圈图水平下解释观测到的μ子反常磁矩（aµ）中4.2σ的差异？
• RQ2 μνSSM中电子和τ轻子的反常MDM预测值是多少？与当前实验数据相比如何？
• RQ3 μνSSM如何影响125 GeV希格斯玻色子衰变为一对μ子（h → μμ）的宽度？是否与LHC测量结果一致？
• RQ4 μνSSM在多大程度上能够同时容纳125 GeV希格斯玻色子质量、其衰变模式以及g-2异常？

主要发现

• μνSSM能够通过两圈图贡献成功解释μ子反常磁矩（aµ）中观测到的4.2σ差异，与更新后的费米实验室和BNL平均值一致。
• 该模型预测电子的反常MDM为正值，△ae = (4.8 ± 3.0) × 10⁻¹³，与新的标准模型重新评估结果及实验数据一致。
• μνSSM中h → μμ的预测信号强度为1.2 ± 0.6（2.0σ）和1.19⁺⁰.⁴⁰⁺⁰.¹⁵₋₀.³⁹₋₀.¹⁴（3.0σ），与ATLAS和CMS的LHC测量结果一致。
• 该模型在实验数据约束下，与125 GeV希格斯玻色子质量及其衰变为γγ、VV*、bb̄和ττ的结果保持一致。
• μνSSM中aµ的两圈图贡献主要来自涉及右手上中子超多重态和希格斯ino混合的带电强子/中性子圈图。
• 该模型为解决μ子g-2异常问题提供了一个可行的框架，同时与精确电弱及希格斯玻色子数据保持一致。