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A gauge mediation model for explaining the muon g-2 with gauge coupling unification

横崎 統三 (Kavli IPMU)

Phys.Lett. B725 (2013) 339-343

柳田 勉, G. Bhattacharyya, B. Bhattacherjee共同研究者

arXiv:1311.xxxx

２０１３年11月1日@富山大学

Introduction

ヒッグス粒子発見！

Higgs boson mass

Higgs boson mass ~125GeV

• (エレメンタリー)スカラー粒子の発見•超対称性はエレメンタリースカラー粒子を自然に内包する

Fermion Boson

quarklepton

squarkslepton

gauge bosongaugino

We got an evidence of SUSY?

We got an evidence of SUSY?

Higgs boson

Hagure metal(To discover is also difficult)

Ref. Dragon Quest

spin-0

We got an evidence of SUSY?

Higgs boson

Hagure metal(To discover is also difficult)

Ref. Dragon Quest

spin-0

SUSY particles are there!

spin-0

spin-0

spin-0

spin-0

spin-0

spin-0

The Higgs boson mass in MSSM

4点のgauge couplingのdeviationはradiative correctionで！

Tree levelでマッチさせるとλ~(1/8)(gY2+g22)

超対称標準模型では、ヒッグスボソンの質量はmZより小さい

From D-term

radiative correction

In decoupling limit

λはtreeの2倍くらい必要！

positive negative

(sbottom loops are also important at large μ and tanβ)

Top/stop loops are important！

XtYt XtYt

@1-loop

The H3m error corresponds to change of the renormalization scale from Ms/2 to 2Ms

tanb=20

重いストップ(3-4TeV)で説明できる

J.L. Feng, P. Kant, S. Profumo and D. Sanford,

1306.2318

O(αt αS2)@3-loop

一方で軽いSUSY particleの実験的示唆

SM value

>3σ deviation from SM prediction!

Muon g-2 anomaly

[Hagiwara, Liao, Martin, Nomura, Teubner, J.Phys. G38 (2011) 085003]

http://www.fnal.gov/pub/presspass/press_releases/2013/Muon-g-2-201305.html

・・・

これを説明できるNPのmassスケールはどれくらいだろうか...

New coupling

Mass scale of new physics

g-2のdeviationを説明するには、O(100)GeVくらいのNew physics massが必要。

これを説明できるNPのmassスケールはどれくらいだろうか...

SM value

>3σ deviation from SM prediction!

Muon g-2 anomaly

軽い non-colored SUSY particleによって

解決できる

[Hagiwara, Liao, Martin, Nomura, Teubner, J.Phys. G38 (2011) 085003]

e.g,

しかし厳しいフレーバーの制限slepton sector

squark sector

適当に軽くすることはできない！

しかし厳しいフレーバーの制限

~1000TeV! for O(1) mixing

slepton sector

squark sector

適当に軽くすることはできない！

~10TeV for O(1) mixing

しかし厳しいフレーバーの制限

~1000TeV! for O(1) mixing

slepton sector

squark sector

適当に軽くすることはできない！

~10TeV for O(1) mixingCPV in K K bar mixing

LHC SUSY Searches

• Colored particleのproductionもEW productionも厳しい制限が付いている

are excluded

Colored Case

3leptons

EW production

[Endo, Hamaguchi, Iwamoto, NY, 2011; ... NY, 2013]

GMSB model with top-like partners

Good region

s

are dead!

[Endo, Hamaguchi, Iwamoto, NY, 2011; ... NY, 2013]

GMSB model with top-like partners

ではどうすればいいか？重い colored SUSY particles

Higgs boson mass~125GeV

ではどうすればいいか？重い colored SUSY particles

Higgs boson mass~125GeV

Anomaly of the muon g-2

軽い non-colored SUSY particles

ではどうすればいいか？重い colored SUSY particles

Higgs boson mass~125GeV

Anomaly of the muon g-2

軽い non-colored SUSY particles

FCNCは避けたい

ではどうすればいいか？重い colored SUSY particles

Higgs boson mass~125GeV

Anomaly of the muon g-2

軽い non-colored SUSY particles

答え: colored and non-colored mass splitting in gauge mediation

FCNCは避けたい

概要• Introduction (done!)• Gauge Mediation•Minimal case (無理でした)•我々の模型• Cosmologyへのコメント•まとめ

Gauge Mediation• Soft mass parametersはゲージ相互作用からinduceされる

• Flavor blind interactionなのでFCNCの問題をださない

MSSMMessengers

SUSY breaking massSMのゲージチャージ

量子数はSU(2)L doubletのレプトンと同じ

量子数はSU(2)L singletのクォークと同

じ

Messenger superfield

Gaugino masses は 1-loop level で生成される

Sfermion mass squared は 2-loop level で生成される

メッセンジャー

e.g.

Easy realization

[e.g., R. Kitano, 2006]

Vanishing cosmological constant V~0 からc=m3/2 MPL2

messengers

(UV completion: IYIT model)

Zの一次の項がconstant termから出てくるMessenger mass

SUSY breaking mass

Gauge Coupling Unificationよく知られているようにMSSMではgauge coupling

unificationが成り立つ

SM

MSSM

In MSSMU(1)Y

SU(2)L

SU(3)C

5(5bar) at the intermediate scale

Gauge coupling unificationは崩れない

しかし、ミニマルなMessengerのGauge MediationではHiggs massを説明できない

我々の模型Adjoint messenger

Adjoint Messenger Model

No hyper charge

右巻きスレプトンとBinoに質量を与えるoctet, triplet messengerはBinoや右巻きスレプト

ンに質量を与えない！

Gauge Coupling UnificationMSSMのmatter contentsではもちろんgauge

coupling unificationは成り立つ

Octetとtripletをいれてもnon-trivialにgauge couplingは統一する

:SU(3) octet :SU(2) triplet

もちろん繰り込み群方程式は変わる

ここの部分@1-loop level

color octet

SU(2) triplet

Two-loop RGE analysis

color octet

SU(2) triplet

Two-loop RGE analysis

A Gauge Mediation Model

No hyper charge

右巻きスレプトンとBinoに質量を与えるoctet, triplet messengerはBinoや右巻きスレプト

ンに質量を与えない！

Gaugino mass

Sfermion mass

Definition

Gaugino mass

Sfermion mass

Definition

結果

mstop~

この範囲ではconservativeにconsistent

@3-loop withH3m

g-2 2σg-2 1σ

chargino mass Left-handed slepton mass

スタウがNLSPのとき、340GeV程度以上の質量が必要

g-2 2σg-2 1σ

chargino mass Left-handed slepton mass

スタウがNLSPのとき、340GeV程度以上の質量が必要

g-2 2σg-2 1σ

chargino mass Left-handed slepton mass

スタウがNLSPのとき、340GeV程度以上の質量が必要

(tau dominated)

LHCがelectroweak productionのモードにについてもきつく制限をつけてきている

パラメーター空間の幾らかはすでに排除 されている

スレプトン

Wino

(stauのvacuum stabilityは大丈夫！)

Comments on Cosmology

グラビティーノ問題

熱浴で作られたNLSPはグラビティーノとSM particleに崩壊

例: stau -> tau + gravitinobino -> photon or Z + gravitino

そのLife-timeはgravitino massの2乗に比例して大きくなる。

NLSPが元素合成の時期(~0.01s-100s)やその後に崩壊するとBBNのpredictionを大きくかえてしまう

NLSPの寿命Bino:

~100s for 150GeV Bino and 0.1GeV gravitino

cτ~ 1010 m collider scaleではstable

BBNのPredictionからNLSPの残存量とgravitino massに制限がある

ざっくり、グラビティーノmassが0.1GeV以上だと危ない

NLSPの崩壊でできるグラビティーノ

[Kawasaki, Kohri, Moroi, Yotsuyanagi, 2008]

NLSPの崩壊でできるグラビティーノ

[Kawasaki, Kohri, Moroi, Yotsuyanagi, 2008]

our model

まとめ

このmodelは全部OK!すぐみつかるか？死ぬ

Higgs boson mass, muon g-2 anomaly, LHC resultsを説明できる

SUSY modelは少ない。

CosomologyもOK