[論文レビュー] The Muon Magnetic Moment in the TeV Scale Seesaw Models

Wei Chao|ArXiv.org|Jun 5, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、TeVスケールのシー・スミオ・モデルにおけるミューオンの異常磁気モーメント（$a_\mu$）の補正を調査し、タイプ-IIシー・スミオ・モデルがヒッグストリプレットを伴う場合、$10^{-10}$オーダーの正の補正を生成できることを明らかにした。これは、実験と標準模型予測との間の観測された乖離を完全に説明可能である。一方、タイプ-Iおよびタイプ-IIIシー・スミオ・モデルは、それぞれ$10^{-11}$および$-10^{-10}$オーダーの微小または負の補正をもたらし、$a_\mu$の異常を解消するには不適切である。

ABSTRACT

The reported discrepancy of the muon abnormal magnetic moment $a_μ^{}$ has impacts on the low energy phenomenology. In this paper we calculate the corrections to $a_μ$ in the standard model extended by the TeV scale seesaw models. We show that the correction induced by the type-I seesaw model is negative and of the order ${\cal O} (10^{-11})$, which can be neglected compared with $a_μ^{ m SM}$. The correction induced by the type-II seesaw model, which depends on the mass of the Higgs triplet $m_Δ$ and the Yukawa coupling $Y_Δ$, can be of the order ${\cal O}(10^{-10})$ and compensate for the discrepancy between $a_μ^{ m SM}$ and $a_μ^{ m exp}$. The correction induced by the type-III seesaw model is also negative and can be of the order ${\cal O}(10^{-10})$.

研究の動機と目的

• TeVスケールのシー・スミオ・モデルがミューオンの異常磁気モーメント（$a_\mu$）に与える影響を評価すること。
• シー・スミオのシナリオにおける新しい物理が、$a_\mu$の実験的値と標準模型予測との間の観測された乖離を説明できるかどうかを特定すること。
• タイプ-I、タイプ-II、タイプ-IIIシー・スミオ・モデルが$a_\mu$の異常を踏まえて、どのように実験的妥当性を有するかを評価すること。

提案手法

• 各シー・スミオ・モデルにおける重い粒子を含む一次ループ図を用いて、$a_\mu$への放射修正を計算すること。
• 有効場理論のアプローチを用いて、右巻きメジャナネーター中性子、ヒッグストリプレット、トリプレットフェルミオンからの寄与を計算すること。
• タイプ-IIIシー・スミオ・モデルにおける$a_\mu$補正を計算するために、積分表現$I_4(m_{\rm H}^2, m_\Psi^2)$を用いること。
• タイプ-IIシー・スミオの寄与に対して、式$\Delta a^\text{II}_\mu = \frac{1}{8\pi^2}(Y_\Delta Y_\Delta^\dagger)_{\mu\mu} I_4(m_{\rm H}^2, m_\Delta^2)$を適用すること。
• 重い粒子の質量を変化させながら数値解析を実施し、$\Delta a_\mu$の大きさを評価すること。
• 各モデルにおける補正の大きさを比較し、観測された$\Delta a_\mu \approx 22 \times 10^{-10}$を満たすことができるかを特定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TeVスケールのシー・スミオ・モデルは、ミューオンの異常磁気モーメントにおける観測された乖離を説明できるか？
• RQ2 タイプ-Iシー・スミオ・モデルにおける右巻きメジャナネーター中性子が引き起こす$a_\mu$補正の大きさと符号は何か？
• RQ3 タイプ-IIシー・スミオ・モデルにおけるヒッグストリプレットが、$a_\mu$異常を解消するのに適切な大きさと符号の補正を生成できるか？
• RQ4 タイプ-IIIシー・スミオ・モデルにおけるトリプレットフェルミオンの$a_\mu$への寄与は何か？また、これは観測された乖離と整合的か？
• RQ5 補正の大きさと符号を踏まえて、どのシー・スミオ・モデルが$a_\mu$異常を最も妥当に説明できるか？

主な発見

• タイプ-Iシー・スミオ・モデルによる$a_\mu$の補正は負であり、$-\mathcal{O}(10^{-11})$オーダーであり、観測された$\Delta a_\mu \approx 22 \times 10^{-10}$と比較して微小である。
• タイプ-IIシー・スミオ・モデルは、$\mathcal{O}(10^{-10})$オーダーの正の補正を生成し、実験的値と標準模型予測との乖離を完全に説明可能である。
• タイプ-IIシー・スミオ・モデルにおける二重電荷を帯びたヒッグスボソンおよび一重電荷を帯びたヒッグスボソンの寄与は$\mathcal{O}(10^{-10})$オーダーであり、$a_\mu$異常を解消する有望な候補である。
• タイプ-IIIシー・スミオ・モデルは、$-\mathcal{O}(10^{-10})$オーダーの負の補正を生成し、理論的に不適切である。これは観測された正の乖離と逆向きである。
• 数値解析により、$\Delta a^\text{II}_\mu$が重いメジャナネーター中性子の質量$M_1$に比例することが示され、実験的制約により$M_1 < 310.5~\text{GeV}$である。これは$m_\Delta$が200–500~\text{GeV}の範囲にある場合に成立する。
• 本研究は、タイプ-IIシー・スミオ・モデルが、観測された乖離を完全に満たす補正を提供できるため、$a_\mu$異常を説明する最も有望なフレームワークであると結論づけた。