[论文解读] Muon g-2 and CP violation in MSSM

Chengcheng Han|arXiv (Cornell University)|Apr 7, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 22

一句话总结

本文研究了在解释μ子反常磁矩（$g-2$）异常时，最小超对称标准模型（MSSM）中CP破坏相位的约束。研究识别出两种情形——由带电惰子或中性子环主导——表明电子电偶极矩（EDM）实验将相关CP相位限制在$\mathcal{O}(2{-}3)\times10^{-5}$量级，这意味着必须通过微调或特定的SUSY破缺机制来抑制CP破坏。

ABSTRACT

We study the constraints of the CP violation in the muon $g-2$ preferred region of the minimal supersymmetric standard model assuming a universal slepton masses within first two generations. We present two particular scenarios where the $g-2$ anomaly is predicted within 2 $σ$ level mainly through the chargino loop or the bino loop. We found that for both cases the electron EDM experiment already highly constrained the CP phase of the parameters: either the Arg[$μM_1]$ or Arg[$μM_2]$ should be smaller than $\mathcal O$(2-3)$ imes10^{-5}$. If the muon $g-2$ anomaly is explained by the MSSM, a particular SUSY breaking mechanism is needed to guarantee the small CP phase of SUSY parameters. Otherwise, a tuning of $\mathcal O(10^{-5})$ is needed to cancel the phase in a general CP violated SUSY model.

研究动机与目标

• 研究在满足严格的电子EDM约束条件下，观测到的μ子$g-2$异常是否能在MSSM中得到解释。
• 识别MSSM中主要由带电惰子或中性子环解释$g-2$异常的可行参数区域。
• 确定MSSM参数空间中CP破坏相位所需的小量程度，以避免与电子EDM实验冲突。
• 评估一般CP破坏的MSSM是否能在不进行微调的情况下容纳$g-2$异常，或是否需要特定的SUSY破缺机制。

提出的方法

• 对MSSM参数空间进行数值扫描，固定$\tilde{\mu}_L = \tilde{\mu}_R = \tilde{e}_L = \tilde{e}_R = m_0$，$\tan\beta = 50$，其余参数设为5 TeV。
• 分别分析两种情形：中性子环主导（$M_2 = 0.5$ TeV，$\mu > 3$ TeV）和带电惰子环主导（$\mu = 0.4$ TeV，$M_1 = 3$ TeV）。
• 使用CPsuperH 2.3计算$g-2$和电子EDM，使用MicrOMEGAs 5.2计算暗物质丰度和直接探测约束。
• 通过$\text{Arg}[\mu M_1]$和$\text{Arg}[\mu M_2]$分析相位依赖性，设定$A_e = A_\mu = 0$以减少独立相位数。
• 应用LHC中 selectron 和 chargino 探测限（例如，$M_2 > 0.5$ TeV，$\mu > 0.4$ TeV）以限制可行参数空间。
• 引入Xenon1T暗物质直接探测限，并对higgsino过量情况进行缩放处理。

实验结果

研究问题

• RQ1 在满足电子EDM约束的前提下，μ子$g-2$异常是否能通过MSSM中的带电惰子或中性子环得到解释？
• RQ2 为保持与电子EDM限值一致，$\text{Arg}[\mu M_1]$或$\text{Arg}[\mu M_2]$中的最大允许CP破坏相位是多少？
• RQ3 $\tan\beta$的依赖性如何影响$g-2$解释中CP相位约束的稳健性？
• RQ4 在一般CP破坏的MSSM中，是否需要微调来抵消CP相位，还是特定的SUSY破缺机制可自然抑制它们？
• RQ5 当结合LHC、暗物质和电子EDM约束时，$g-2$解释的可行参数空间是什么？

主要发现

• 在中性子环情形下，CP相位$\text{Arg}[\mu M_1]$必须小于$3 \times 10^{-5}$才能满足电子EDM约束。
• 在带电惰子环情形下，CP相位$\text{Arg}[\mu M_2]$必须小于$2 \times 10^{-5}$才能与电子EDM限值保持一致。
• 只要CP相位足够小，两种情形下$g-2$异常均可在实验值的2$\sigma$范围内得到解释。
• 由于$g-2$和电子EDM均与$\tan\beta$成正比，相位约束对$\tan\beta$具有鲁棒性，其依赖性得以抵消。
• 一般CP破坏的MSSM需要$\mathcal{O}(10^{-5})$量级的微调来抵消CP相位，表明需要特定的SUSY破缺机制。
• Xenon1T直接探测限排除了带电惰子环情形1$\sigma$优选区域的大部分，仅留下一小部分可行区域。