Das anomale magnetische Moment (g-2) des Myons - Präzisionsanalyse in supersymmetrischen Modellen
Final Report Abstract
Das anomale magnetische Moment (g - 2) des Myons ist eine der am genauesten berechneten und gemessenen Größen in der Elementarteilchenphysik. Die beobachtete signifikante Abweichung zwischen Experiment und theoretischer Standardmodell-Vorhersage ist einer der stärksten Hinweise, daß die oft vermutete und intensiv gesuchte neue Physik in Form von “Supersymmetrie” tatsächlich existiert. In diesem DFG-Projekt wurde die theoretische Vorhersage von (g - 2) der Supersymmetrie im Rahmen des Minimalen Supersymmetrischen Standardmodells (MSSM) studiert und mit dem Experiment verglichen, und es wurde darüber hinaus zu einem neuen g - 2-Experiment am Fermilab beigetragen. Der zentrale Teil des Projektes bestand in der hochpräzisen Berechnung der MSSM-Vorhersage unter Berücksichtigung von Korrekturen auf dem sogenannten Zweischleifenniveau. Hier tragen ca. 65000 Feynmandiagramme bei, von denen viele eine kompliziertere Struktur aufweisen als alle, die vorher im MSSM oder im Standardmodell berücksichtigt worden waren. Zu der sehr aufwendigen Berechnung wurde ein in der Arbeitsgruppe bestehendes Computerprogrammpaket deutlich weiterentwickelt, und es wurde ein vollständig neues, alternatives Computerprogrammpaket entwickelt. Damit konnten die Ergebnisse in eine sehr elegante Form gebracht und sehr detailliert untersucht werden. Es wurden auch sehr kompakte, nützliche Approximationsformeln angegeben. Die berechnete MSSM-Vorhersage wurde numerisch ausgewertet als Funktion der freien, unbekannten MSSM-Parameter und dann mit experimentellen (g - 2)-Daten verglichen. Hierbei wurde insbesondere berücksichtigt, dass die Daten des Large Hadron Collider (LHC) am CERN komplementäre Information über die MSSM-Parameter liefern. Die Hauptergebnisse sind, (1.) dass die Daten Szenarien für die MSSM-Parameter nahelegen, die früher seltener betrachtet worden waren; (2.) dass das MSSM nach wie vor eine sehr gute Möglichkeit darstellt, das experimentelle Ergebnis für (g - 2) zu erklären; und (3.) dass gerade in den nahegelegten Szenarien die neuen (g - 2)-Ergebnisse besonders wichtig werden können. Als Spin-Off konnte zudem die bislang genaueste Berechnung der Standardmodellvorhersage zu (g - 2) von Beiträgen des am LHC entdeckten Higgsbosons durchgeführt werden. Die Unsicherheit dieser Beiträge wurde von etwa 10^-11 auf etwa 10^-13 gesenkt - die Ergebnisse dieser Berechnung können damit als endgültig angesehen werden. Zudem wurden wichtige Beiträge zur erfolgreichen Beantragung eines neuen Experiments zur Messung von (g - 2) am Fermilab/USA geleistet. Die TU Dresden wurde im Laufe des Projektes zum einzigen Standort in Deutschland mit einer Mitgliedschaft an der Kollaboration des neuen Fermilab-Experimentes. Im Rahmen des Projektes wurde insbesondere für Anträge, Vorträge und den Conceptual Design Report die Physik-Motivation dieses Experimentes und sein Nutzen fur die Erforschung von Physik jenseits des Standardmodells, detailliert ausgearbeitet und dargelegt. http://www.deutschlandfunk.de/manuskript-jagd-auf-susy.740.de.html?dram:articleJ.d=247175 (Radiosendung mit Interview zu dem Thema, Frank Groteluschen, Jagd auf SUSY, Deutschlandfunk, 20.5.2013).
Publications
- “Nondecoupling two-loop corrections to (g-2)µ from fermion/sfermion loops in the MSSM,” Phys. Lett. B
H. Fargnoli, C. Gnendiger, S. Paßehr, D. Stöckinger and H. Stöckinger-Kim
- “The New (g-2) Experiment: A proposal to measure the muon anomalous magnetic moment to +-0.14 ppm precision,” FERMILAB-Proposal-0989
R. M. Carey, K. R. Lynch, J. P. Miller, B. L. Roberts, W. M. Morse, Y. K. Semertzides, V. P. Druzhinin and B. I. Khazin et al.
- “Two- Loop Corrections to the Muon Magnetic Moment from Fermion/Sfermion Loops in the MSSM: Full Results”
H. Fargnoli, C. Gnendiger, S. Paßehr, D. Stöckinger and H. Stöckinger-Kim
- “Muon (g-2) and physics beyond the standard model,” in Lepton Dipole Moments (Advanced series on directions in high energy physics. 20), eds. W. Marciano and B.L. Roberts
D. Stockinger
- “Photonic SUSY Two-Loop Corrections to the Muon Magnetic Moment,” Phys. Rev. D 81 (2010)
P. von Weitershausen, M. Schäfer, H. Stöckinger-Kim and D. Stöckinger
- “Muon (g-2): Experiment and Theory,” Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 62 (2012) 237
J. P. Miller, E. d. Rafael, B. L. Roberts and D. Stöckinger
- “Muon (g-2) Conceptual Design Report,” May 2013
P. Winter, E.J. Barnes, R. M. Carey, K. R. Lynch, J. P. Miller, B. L. Roberts, W. M. Morse et al.
- “The electroweak contributions to (g-2)µ after the Higgs boson mass measurement,” Phys. Rev. D 88 (2013) 053005
C. Gnendiger, D. Stöckinger and H. Stöckinger-Kim
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevD.88.053005)
