[论文解读] Probing the muon g-2 anomaly at a Muon Collider

Dario Buttazzo, Paride Paradisi|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 29

一句话总结

该论文表明，一台在数TeV质心系能量下运行的μ子对撞机能够对导致μ子g-2异常的新物理进行首次无模型依赖的高能检验，灵敏度可达数×10⁻⁹的偏差。此外，该对撞机还具有将当前μ子电偶极矩（EDM）束缚提高三个数量级的潜力，达到约数×10⁻²² e·cm的水平。

ABSTRACT

The capability of a foreseen Muon Collider to probe the muon $g$-2 is systematically investigated. We demonstrate that a Muon Collider, running at center-of-mass energies of several TeV, can provide the first model-independent high-energy test of new physics in the muon $g$-2, being sensitive to deviations of few x 10^-9. This achievement would be of the utmost importance to shed light on the long-standing muon $g$-2 anomaly. Furthermore, we show that the current bound on the muon electric dipole moment can be improved by three orders of magnitude, down to few x 10^-22 e cm.

研究动机与目标

• 研究未来μ子对撞机探测μ子g-2长期异常的高精度能力。
• 评估该对撞机是否能在高能下提供对μ子g-2中新物理贡献的无模型依赖检验。
• 评估利用μ子对撞机改善μ子电偶极矩（EDM）实验束缚的潜力。
• 确定探测超出标准模型的μ子g-2中新物理效应的灵敏度阈值。

提出的方法

• 利用在数TeV质心系能量范围运行的μ子对撞机，探测涉及μ子的高能过程。
• 在对撞机环境中应用μ子磁矩（g-2）的精密测量，以检测其与标准模型预测的偏差。
• 利用高亮度μ子对撞，增强对稀有或弱耦合新物理贡献的探测灵敏度。
• 采用先进探测器技术，高精度测量μ子g-2并约束μ子EDM。
• 使用理论框架，将对撞机数据解释为对新物理的无模型依赖约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 μ子对撞机是否能在高能下提供对μ子g-2中新物理贡献的无模型依赖检验？
• RQ2 μ子对撞机对μ子g-2偏差的灵敏度阈值是多少？能否解决当前的异常？
• RQ3 μ子对撞机在多大程度上可改善μ子电偶极矩的实验束缚？
• RQ4 μ子对撞机中的高能μ子对撞如何增强对超出标准模型的新物理的探测？

主要发现

• μ子对撞机可实现对μ子g-2异常的探测，灵敏度达数×10⁻⁹的偏差，从而实现对新物理的无模型依赖检验。
• 该对撞机可将当前μ子电偶极矩束缚提高三个数量级，达到约数×10⁻²² e·cm的水平。
• 所达到的灵敏度将使首次在高能下实现对μ子g-2异常的无模型依赖确认或证伪成为可能。
• 结果表明，μ子对撞机有望以前所未有的精度解决μ子g-2中长期存在的差异。