[論文レビュー] The Tiny (g-2) Muon Wobble from Small-$\mu$ Supersymmetry

Sebastian Baum, Marcela Carena+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 140被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、MSSMフレームワーク内に、観測された4.2σのミュオン異常磁気モーメント（g-2）の不一致を説明すると同時に、ビノに類似したダークマター候補を備えた超対称的モデルを提案する。|µ|が小さいか中程度の値の範囲では、ブラインドスポットを通じて直接検出制約を回避し、高輝度LHCおよび将来のコライダーで検出可能な軽いヒッグスティノと追加のヒッグスボソンを予測する。今後の実験でテスト可能なベンチマークシナリオを提供する。

ABSTRACT

A new measurement of the muon anomalous magnetic moment has been reported by the Fermilab Muon g-2 collaboration and shows a $4.2\sigma$ departure from the most precise and reliable calculation of this quantity in the Standard Model. Assuming that this discrepancy is due to new physics, we concentrate on a simple supersymmetric model that also provides a dark matter explanation in a previously unexplored region of supersymmetric parameter space. Such interesting region can realize a Bino-like dark matter candidate compatible with all current direct detection constraints for small to moderate values of the Higgsino mass parameter $|\mu|$. This in turn would imply the existence of light additional Higgs bosons and Higgsino particles within reach of the high-luminosity LHC and future colliders. We provide benchmark scenarios that will be tested in the next generation of direct dark matter experiments and at the LHC.

研究の動機と目的

• 標準模型を越えて、ミュオンの異常磁気モーメント（g-2）における4.2σの不一致を説明すること。
• MSSMパラメータ空間のこれまで未発見の領域で、実現可能なダークマター候補を同定すること。
• スピン非依存散乱に関する現在の直接検出制約と整合すること。
• 高輝度LHCおよび将来のコライダーで検出可能な新しい軽いヒッグスティノおよびヒッグスボソン状態を予測すること。
• 次世代の直接検出およびコライダー実験でテスト可能なベンチマークシナリオを提供すること。

提案手法

• Higgsino質量パラメータ|µ|の小さいから中程度の値を焦点とした最小超対称標準模型（MSSM）を採用する。
• Binoに類似したダークマターのスピン非依存直接検出断面積を抑制するため、ブラインドスポット条件（µ × M1 < 0）を用いる。
• 追加のヒッグスボソンおよびヒッグスティノ状態を含むヒッグス系の詳細な素粒子物理学的分析を実施する。
• MSSMフレームワーク内でのチャリノおよびヒッグスティノのループ寄与によるミュオンg-2への寄与を計算する。
• (g-2)の異常、ダークマターの残存密度、直接検出制約を満たすベンチマークポイントを同定する。
• 現在のおよび予想される実験的探索を用いて、高輝度LHCおよび将来のコライダーにおける発見可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 |µ|が小さい範囲において、MSSM内に存在するミュオン(g-2)異常を説明しつつ、実現可能なビノに類似したダークマター候補を保つことは可能か？
• RQ2 MSSMにおけるブラインドスポット条件は、|µ|が小さい範囲でビノダークマターの直接検出信号をどのように抑制するか？
• RQ3 このパラメータ領域における軽いヒッグスティノおよび追加のヒッグスボソンのコライダー断面は何か？
• RQ4 このモデルは同時に(g-2)異常、ダークマターの残存密度、および直接検出制約を満たすことができるか？
• RQ5 高輝度LHCおよび将来のコライダーで、このモデルをテストする見通しはいかほどか？

主な発見

• ブラインドスポットによる抑制のおかげで、|µ|が小さいから中程度の値の範囲において、すべての現在の直接検出制約と整合するビノに類似したダークマター候補が実現される。
• (g-2)の異常は、MSSMフレームワーク内でのチャリノおよびヒッグスティノのループ寄与によって説明され、標準模型予測からの4.2σの不一致が得られる。
• 高輝度LHCで検出可能な軽いヒッグスティノ状態（mχ±1 ≲ 100 GeV）および追加のヒッグスボソンが予測される。
• 次世代の直接検出実験（LZおよびDARWINなど）が探査するベンチマークシナリオが同定された。
• HL-LHCにおける電弱ノーマルモデル粒子生成の観測信号（3レプトンおよび運動量欠損状態を含む）が予測される。
• LHC探索による制約は存在するが、現在の限界下でも妥当であり、今後のデータで強く発見可能性を示す。