[论文解读] Dark Matter, Muon g-2 and Other SUSY Constraints

R. Arnowitt, Bhaskar Dutta+1 more|ArXiv.org|Oct 8, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 36

一句话总结

本文利用WMAP暗物质数据、更新的μ子g-2测量结果以及B工厂CP破坏数据，分析了超对称（SUSY）模型的约束。结果表明，在SUGRA GUT模型中引入非简并的A-项，可同时解决B→ϕK衰变中的差异（2.7σ的SM张力）和分支比过低的问题，同时与暗物质丰度及其它实验约束保持一致。

ABSTRACT

Recent developments constraining the SUSY parameter space are reviewed within the framework of SUGRA GUT models. The WMAP data is seen to reduce the error in the density of cold dark matter by about a factor of four, implying that the lightest stau is only 5 -10 GeV heavier than the lightest neutralino when m_0, m_{1/2} < 1 TeV. The CMD-2 re-analysis of their data has reduced the disagreement between the Standard Model prediction and the Brookhaven measurement of the muon magnetic moment to 1.9 sigma, while using the tau decay data plus CVC, the disagreement is 0.7 sigma. (However, the two sets of data remain inconsistent at the 2.9 sigma level.) The recent Belle and BABAR measurements of the B -> phi K CP violating parameters and branching ratios are discussed. They are analyzed theoretically within the BBNS improved factorization method. The CP parameters are in disagreement with the Standard Model at the 2.7 sigma level, and the branching ratios are low by a factor of two or more over most of the parameter space. It is shown that both anomalies can naturally be accounted for by adding a non-universal cubic soft breaking term at M_G mixing the second and third generations.

研究动机与目标

• 评估近期宇宙学、电弱及味物理数据对SUGRA GUT模型参数空间的影响。
• 评估μ子g-2观测异常与mSUGRA框架内SM预测之间的不一致是否可被解释。
• 确定WMAP暗物质数据与B工厂结果的结合是否挑战mSUGRA中软对称性破缺项的简并性。
• 探索在GUT尺度引入非简并的立方项软对称性破缺是否能同时解决多个实验张力。
• 在当前实验约束下，检验mSUGRA作为最小SUSY模型的可行性。

提出的方法

• 使用包含四个参数（m₀, m₁/₂, tanβ, A₀）和一个符号的mSUGRA模型，通过跑动方程将参数演化至电弱尺度。
• 应用WMAP数据约束轻希格斯ino作为暗物质候选者的宇宙原初丰度。
• 利用CMD-2 e⁺e⁻数据和τ衰变数据（结合CVC）重新评估μ子反常磁矩，并与SM预测比较。
• 采用BBNS改进因子化方法分析B→ϕK衰变的CP不对称性和分支比，以获得理论预测。
• 在GUT尺度引入非简并的A-项（ΔA²³ᵤ 或 ΔA²³𝒹），以在夸克 sector 中生成新的CP破坏相位。
• 将理论预测与Belle和BABAR的测量结果比较，以检验其与标准模型及mSUGRA的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 利用更新的e⁺e⁻和τ衰变数据，能否调和实验结果与SM预测之间在μ子g-2上的差异？
• RQ2 WMAP数据在多大程度上约束了mSUGRA模型中轻希格斯ino与超粒子τ之间的质量差？
• RQ3 B工厂观测到的SϕKs中2.7σ的张力是否与SM或mSUGRA预测一致？
• RQ4 单一扩展——即在mSUGRA中引入非简并A-项——能否同时解决B→ϕK衰变的CP不对称性和分支比异常？
• RQ5 引入非简并软项是否在m₀–m₁/₂平面上开辟了满足暗物质与味物理约束的新可行区域？

主要发现

• WMAP数据将冷暗物质密度的不确定性降低了四倍，表明当m₀, m₁/₂ < 1 TeV时，最轻的超粒子τ仅比最轻的中性子重5–10 GeV。
• 使用CMD-2 e⁺e⁻数据，μ子g-2的差异降至1.9σ；但使用τ衰变数据（结合CVC）后，差异降至0.7σ，尽管两组数据在2.9σ水平上仍不一致。
• Belle和BABAR的测量结果在SϕKs上与SM存在2.7σ的张力，且mSUGRA预测的分支比低了两倍或更多。
• 在GUT尺度引入第二与第三代夸克之间非简并的A-项，可自然解释CP不对称性和分支比异常。
• 将此类项引入下夸克 sector 可降低CP奇偶Higgs粒子质量，并开启新的可行暗物质区域；而将其引入上夸克 sector 可降低顶夸克质量并增强对撞机探测能力。
• 该模型仍满足电子和中子电偶极矩约束及其他限制，表明其为超越最小mSUGRA模型提供了一条可行路径。