(g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ......

22
(g2) μ overview Thomas Teubner Introduc:on QED and weak contribu:ons a μ had : HVP (and HLbL) status, KNT17 HVP update BSM? Outlook PhiPsi17 Mainz, 26 th June 2017

Transcript of (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ......

Page 1: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

(g-­‐2)μ    overview  

Thomas  Teubner    

 •  Introduc:on  •  QED  and  weak  contribu:ons  •  aμhad  :  HVP  (and  HLbL)  status,  KNT17  HVP  update  •  BSM?  •  Outlook      

     PhiPsi17                                                                                                                                  Mainz,  26th  June  2017  

Page 2: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

Introduc:on  &  mo:va:on:    

     

SM  `too’  successful,  but  incomplete:    •  ν  masses  (small)  and  mixing  point  towards  some  high-­‐scale  (GUT)  physics  •  Need  to  explain  dark  ma]er  &  dark  energy  •  Not  enough  CP  viola:on  in  the  SM  for  ma]er-­‐an:ma]er  asymmetry  •  And:    aμEXP  –  aμSM    at    ~  3-­‐4  σ    plus  other  devia:ons  e.g.  in  the  flavour  sector    Is  there  a  common  New  Physics  (NP)  explana:on  for  all  these  puzzles?    •  Uncoloured  leptons  are  par:cularly  clean  probes  to  establish  and  constrain/

dis:nguish  NP,  complementary  to  high  energy  searches  at  the  LHC      •  No  direct  signals  for  NP  from  LHC  so  far:                -­‐  some  models  like  CMSSM  are  in  trouble  already  when  trying                    to  accommodate  LHC  exclusion  limits  and  to  solve  muon  g-­‐2                -­‐  is  there  any  TeV  scale  NP  out  there?    Or  unexpected  new  low  scale  physics?    The  key  may  be  provided  by  low  energy  observables            including  precision  QED,  EDMs  and  LFV      à  see  talks  by  R.  Szafron  and  A.  de  Gouvea  

Page 3: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

Introduc:on  

     

•  Dirac  equa:on  (1928):  g  is  2  for  fundamental  fermions    •  1947:  small  devia:ons  from  predic:ons  in  hydrogen  and  deuterium  hyperfine  

structure;  Kusch  &  Foley  propose  explana:on  with  gs=  2.00229  ±  0.00008            •  1948:  Schwinger  calculates  the  famous  radia:ve  correc:on:                            that  g  =  2  (1+a),  with  

   a  =  (g-­‐2)/2  =  α/(2π)  =  0.001161      

 This  explained  the  discrepancy  and  was  a  crucial  step    in  the  development  of  perturba:ve  QFT  and  QED                          ``  If  you  can’t  join  ‘em,  beat  ‘em  “  

 

•  The  anomaly  a  (Anomalous  Magne:c  Moment)  is  from  the  Pauli  term:  

                   This  is  a  dimension  5  operator,  non-­‐renormalisable  and  hence  not  part  of  the  fundamental  (QED)                        Lagrangian.  But  it  occurs  through  radia:ve  correc:ons  and  is  calculable  in  perturba:on  theory.    

�LAMMe↵ = �Qe

4ma ̄(x)�µ⌫

(x)Fµ⌫(x)

~µ = gQe

2m~s

Page 4: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

Magne:c  Moments:  ae  vs.  aμ  

•  aeEXP  more  than  2000  :mes  more  precise  than  aμEXP,  but  for  e-­‐  loop  contribu:ons  come  from  very  small  photon  virtuali:es,  whereas  muon  `tests’  higher  scales  

 •  dimensional  analysis:  sensi:vity  to  NP  (at  high  scale  ΛNP):      

à    μ  wins  by                                                                        for  NP,  but  ae  provides  best  determina:on  of  α  

ae=  1  159  652  180.73  (0.28)  10-­‐12    [0.24ppb]        aμ=  116  592  089(63)  10-­‐11    [0.54ppm]    Hanneke,  Fogwell,  Gabrielse,  PRL  100(2008)120801                      Bennet  et  al.,  PRD  73(2006)072003  

aNP` ⇠ Cm2

`/⇤2NP

m2µ/m

2e ⇠ 43000

one  electron  quantum  cyclotron  

Page 5: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

aμ:  back  to  the  future            

•  CERN  started  it  nearly  40  years  ago    •  Brookhaven  delivered  0.5ppm  precision    •  E989  at  FNAL  and  J-­‐PARC’s  g-­‐2/EDM  

experiments  are  happening  and  should  give  us  certainty    

à  talks  by  Lee  Roberts  and  Tsutomu  Mibe  

Page 6: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

aμ:  Status  and  future  projec:on    è      charge  for  SM  TH        

     

 -­‐    if  mean  values  stay  and  with  no              aμSM  improvement:              5σ  discrepancy      -­‐    if  also  EXP+TH  can  improve  aμSM    

           `as  expected’  (consolida:on  of            L-­‐by-­‐L  on  level  of  Glasgow          consensus,  about  factor  2  for          HVP):  NP  at  7-­‐8σ        -­‐    or,  if  mean  values  get  closer,  very          strong  exclusion  limits  on  many          NP  models  (extra  dims,  new  dark          sector,  xxxSSSM)…  

aµ = aQED

µ + aEW

µ + ahadronicµ + aNP?

µ

Page 7: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

aμQED      Kinoshita  et  al.:  g-­‐2  at  1,  2,  3,  4  &  5-­‐loop  order  

     

T.  Aoyama,  M.  Hayakawa,  T.  Kinoshita,  M.  Nio  (PRLs,  2012) A  triumph  for  perturba:ve  QFT  and  compu:ng!  

•  code-­‐genera:ng              code,  including  •  renormalisa:on    •  mul:-­‐dim.                numerical                integra:ons  

Page 8: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

aμQED  

•  Schwinger  1948:  1-­‐loop    a  =  (g-­‐2)/2  =  α/(2π)  =  116  140  970  ×  10-­‐11  

•  2-­‐loop  graphs:  

•  72    3-­‐loop  and  891    4-­‐loop  diagrams  …    •  Kinoshita  et  al.  2012:    5-­‐loop  completed  numerically  (12672  diagrams):            aμQED  =  116  584  718.951  (0.009)  (0.019)  (0.007)  (0.077)  ×  10-­‐11     errors  from:    lepton  masses,    4-­‐loop,        5-­‐loop,          α  from  87Rb

•  QED  extremely  accurate,  and  the  series  is  stable:  

•  Could  aμQED  s:ll  be  wrong?                    Some  classes  of  graphs  known  analy:cally  (Laporta;    Aguilar,  Greynat,  deRafael),        

C2,4,6,8,10µ = 0.5, 0.765857425(17), 24.05050996(32), 130.8796(63), 753.29(1.04)

aQEDµ = C2n

µ

X

n

⇣↵⇡

⌘n

Page 9: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

aμQED  

•  …  but  4-­‐loop  and  5-­‐loop  rely  heavily  on  numerical  integra:ons    •  Recently  several  independent  checks  of  4-­‐loop  and  5-­‐loop  diagrams:                    Baikov,  Maier,  Marquard  [NPB  877  (2013)  647],  Kurz,  Liu,  Marquard,  Smirnov  AV+VA,  Steinhauser                                                                                                                                                            [NPB  879  (2014)  1,  PRD  92  (2015)  073019,  93  (2016)  053017]:    •  all  4-­‐loop  graphs  with  internal  lepton  loops  now  calculated  independently,  e.g.                                                                                                                                                                                                                      (from  Steinhauser  et  al.,  PRD  93  (2016)  053017)    

                                                                   à  talk  by  Ma]hias  Steinhauser    •  4-­‐loop  universal  (massless)  term  calculated  semi-­‐analy:cally  to  1100  digits  (!)    by                    Laporta,  arXiv:1704.06996,  also  new  numerical  results  by  Volkov,  1705.05800  

•  all  agree  with  Kinoshita  et  al.’s  results,  so    QED  is  on  safe  ground      ✓  

Page 10: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

aμElectro-­‐Weak  

•  Electro-­‐Weak  1-­‐loop  diagrams:  

                                                                                                                                                                                                                 aμEW(1)  =  195×10-­‐11  

   •  known  to  2-­‐loop  (1650  diagrams,  the  first  EW  2-­‐loop  calcula:on):                Czarnecki,  Krause,  Marciano,  Vainshtein;      Knecht,  Peris,  Perro]et,  de  Rafael    •  agreement,  aμEW  rela:vely  small,  2-­‐loop  relevant:    aμEW(1+2  loop)  =  (154±2)×10-­‐11    •  Higgs  mass  now  known,  update  by  Gnendiger,  Stoeckinger,  S-­‐Kim,                                                                                                                                                                                                                                    PRD  88  (2013)  053005                  aμEW(1+2  loop)  =  (153.6±1.0)×10-­‐11      ✓                    compared  with  aμQED  =  116  584  718.951  (80)  ×10-­‐11    

Page 11: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

aμhadronic              

•  Hadronic:  non-­‐perturba:ve,  the  limi:ng  factor  of  the  SM  predic:on          ✗ ➠ ✓      

                             e.g.          •  L-­‐by-­‐L:    -­‐    so  far  use  of  model  calcula:ons  (+  form-­‐factor  data  and  pQCD  constraints),                                                                                                                                                                                                                    à    overview  talk  by  A.  Nyffeler                                              -­‐    also  good  news  from  la�ce  QCD,  and                  à    talks  by  H.  Wi�g  and  C.  Lehner                                            -­‐    new  dispersive  approaches                              à    talks  by  B.  Kubis,  V.  Pauk  and  G.  Colangelo    •  Below  I  will  use  the  `updated  Glasgow  consensus’:                    (original  by  Prades+deRafael+Vainshtein)                                    aμhad,L-­‐by-­‐L  =  (98  ±  26)  ×  10-­‐11    

•  so  far  no  indica:on  for  a  big  surprise  •  expect  that  L-­‐by-­‐L  predic:on  can  be  improved  further  •  with  new  results  &  progress,  tell  poli:cians/scep:cs:  L-­‐by-­‐L  _can_  be  predicted!    

ahadµ = ahad,VP LOµ + ahad,VP NLO

µ + ahad,Light!by!Lightµ

had.

LO

µ

had.

NLO

µ

ahad.

L-by-L

µ

Page 12: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

aμhad,  VP:  Hadronic  Vacuum  Polarisa:on              

 

 HVP:  -­‐  most  precise  predic:on  by  using  e+e-­‐  hadronic  cross  sec:on  (+  tau)  data                            and  well  known  dispersion  integrals      à  for  space-­‐like  HVP  see  talk  by  L.  Trentadue                        -­‐  done  at  LO  and  NLO  (see  graphs)      à    see  HVP  talks  by  Z.  Zhang  and  F.  Jegerlehner                        -­‐  and  recently  at  NNLO    [Steinhauser  et  al.,  PLB  734  (2014)  144,  also  F.  Jegerlehner]                                        aμHVP,  NNLO  =  +  1.24  ×  10-­‐10    not  so  small,  from  e.g.:              

                     -­‐  Alterna:ve:  la�ce  QCD,  but  need  QED  and  iso-­‐spin  breaking  correc:ons  

   Lots  of  ac:vity  by  several  groups,  errors  coming  down,  QCD+QED  started  

ahadµ = ahad,VP LOµ + ahad,VP NLO

µ + ahad,Light!by!Lightµ

had.

LO

µ

had.

NLO

µ

ahad.

L-by-L

µ

Page 13: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

Hadronic  Vacuum  Polarisa:on,  essen:als:  

Use  of  data  compila:on  for  HVP:   How  to  get  the  most  precise  σ0had?  e+e-­‐  data:    •  Low  energies:  sum  ~30  exclusive  channels,  

2π,  3π,  4π,  5π,  6π,  KK,  KKπ,  KKππ,  ηπ,  …,                  use  iso-­‐spin  rela:ons  for  missing  channels    •  Above  ~1.8  GeV:  can  start  to  use  pQCD              (away  from  flavour  thresholds),                supplemented  by  narrow  resonances  (J/Ψ,  Υ)    •  Challenge  of  data  combina:on  (locally  in  √s):              many  experiments,  different  energy  bins,              stat+sys  errors  from  different  sources,                        correla:ons;  must  avoid  inconsistencies/bias    •  tradi:onal  `direct  scan’  (tunable  e+e-­‐  beams)  

vs.  `Radia:ve  Return’  [+  τ  spectral  func:ons]  

•  σ0had  means  `bare’  σ,  but  WITH  FSR:  RadCorrs                [  HLMNT  ‘11:  δaμhad,  RadCor  VP+FSR  =  2×10-­‐10  !]  

Page 14: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

HVP:  KLOE  2π  combina:on  [preliminary]  

Results Data combination

KLOE as an example: the resulting KLOE ⇡+⇡�(�)combination (!!) [preliminary]

) Combination of KLOE08, KLOE10 and KLOE12 gives 85 distinct binsbetween 0.1 s 0.95 GeV2

! Covariance matrix now correctly constructed) a positive semi-definite matrix

! Non-trivial influence of correlated uncertainties on resulting mean value

a⇡+⇡�

µ (0.1 s0 0.95 GeV2) = (489.9± 2.0stat ± 4.3sys)⇥ 10�10

Alex Keshavarzi (UoL) KNT17: ahad, VPµ update 3rd June 2017 13 / 23

!0.15

!0.1

!0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

(!0 /

!0 K

LO

E c

om

bin

atio

n)

! 1

!0(e

+e

! "

#+#

!)

[nb]

$s [GeV]

KLOE combination

!0(e+e! " #+

#!)

KLOE08

KLOE10

KLOE12

PRELIMINARY 372 374 376 378 380 382 384 386 388 390

aµ!

+!

!

(0.35 " s’ " 0.85 GeV2) x 10!10

KLOE combination: 377.3 ± 2.1

KLOE08: 378.9 ± 3.2

KLOE10: 376.0 ± 3.4

KLOE12: 377.4 ± 2.6

PRELIMINARY

Publica:on  by  KLOE-­‐2,  Grazinao  Venanzoni,  Alex  Keshavarzi,  Stefan  Mueller  and  TT  under  review    

Page 15: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

HVP:  complete  2π  combina:on    by  Keshavarzi+Nomura+T  Results Results from individual channels

⇡+⇡� channel (!!)

) Large improvement for 2⇡ estimate

! BESIII [Phys.Lett. B753 (2016) 629-638 ] and KLOE combination provide downwardinfluence to mean value

Alex Keshavarzi (UoL) KNT17: ahad, VPµ update 3rd June 2017 14 / 23

360 365 370 375 380 385 390 395

aµ!+!!

(0.6 " #$s " 0.9 GeV) x 10!10

Fit of all !+!! data: 369.43 ± 1.32

Direct scan only: 366.18 ± 4.19

KLOE combination: 366.70 ± 2.00

BaBar (09): 376.71 ± 2.72

BESIII (15): 368.15 ± 4.22

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

(!0 -

!0 F

it)/!

0 Fit

!0(e

+e

- " #

+#- )

[nb]

$s [GeV]

!0(e+e- " #+#-)

BaBar (09)

Fit of all #+#- data

CMD-2 (03)

CMD-2 (06)

SND (04)

KLOE combination

BESIII (15)

%2min/d.o.f. = 1.26

aµ#+#-

(0.6 & '$s & 0.9 GeV) = (369.43 ± 1.32) x 10-10

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95

!0(e

+e

- " #

+#

- ) [n

b]

$s [GeV]

BaBar (09)

Fit of all #+#

- data

KLOE combination

CMD-2 (07)

SND (06)

CMD-2 (04)

BESIII (15)

) Correlated & experimentally corrected�0

⇡⇡(�) data now entirely dominant

a⇡+⇡�µ (0.305

ps 2.00 GeV):

HLMNT11: 505.77± 3.09

KNT17: 502.85± 1.93 (!!)(no radiative correction uncertainties)

Page 16: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

HVP:  other  notable  exclusive  channels  Results Results from individual channels

Other notable exclusive channels

Alex Keshavarzi (UoL) KNT17: ahad, VPµ update 3rd June 2017 15 / 23

⇡+⇡�⇡0

0.01

0.1

1

10

100

1000

0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

!0(e

+e

- " #

+#

- #0)

[nb]

$s [GeV]

Fit of all #+#

-#

0 data

SND (15)

CMD-2 (07) Scans

BaBar (04)

SND (02,03)

CMD-2 (95,98,00)

DM2 (92)

ND (91)

CMD (89)

DM1 (80)

HLMNT11: 47.51± 0.99

KNT17: 47.68± 0.70

⇡+⇡�⇡+⇡�

0

10

20

30

40

50

0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

!0(e

+e

- " #

+#

- #+#

- ) [n

b]

$s [GeV]

Fit of all #+#

-#

+#

- data

BaBar (12)

CMD-2 (04)

SND (03)

CMD-2 (00,00)

ND (91)

DM2 (90)

CMD (88)

OLYA (88)

DM1 (79,82)

GG2 (81)

M3N (79)

ORSAY (76)

HLMNT11: 14.65± 0.47

KNT17: 15.18± 0.14

⇡+⇡�⇡0⇡0

0

10

20

30

40

50

1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

!0(e

+e

- " #

+#

- #0#

0)

[nb]

$s [GeV]

Fit of all #+#

-#

0#

0 data

SND (03)

CMD-2 (99)

DM2 (90)

OLYA (86)

MEA (81)

GG2 (80)

M3N (79)

HLMNT11: 20.37± 1.26

KNT17: 20.07± 1.19

K+K�

0

500

1000

1500

2000

1.01 1.015 1.02 1.025 1.03

!0(e

+e

- " K

+K

- ) [n

b]

#s [GeV]

Fit of all K+K- data

CMD-2 (08) Scans

SND (07)

BCF (86)

DM1 (81)

DM2 (87)

DM2 (83)

OLYA (81)

CMD (91)

CMD-2 (95)

SND (00) Scans

Babar (13)

SND (16) Scans

HLMNT11: 22.15± 0.46

KNT17: 22.76± 0.22

K0SK

0L

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

!0(e

+e

- " K

0SK

0L)

[nb]

#s [GeV]

Fit of all K0SK0

L data

CMD-3 (16) Scans

BaBar (14)

SND (06)

CMD-2 (03)

SND (00) - Charged Modes

SND (00) - Neutral Modes

CMD (95) Scans

DM1 (81)

HLMNT11: 13.33± 0.16

KNT17: 13.09± 0.12

Page 17: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

HVP:  region  of  inclusive  data/pQCD  Results Results from individual channels

Inclusive

) New KEDR inclusive R data ranging 1.84 ps 3.05 GeV [Phys.Lett. B770 (2017) 174-181]

and 3.12 ps 3.72 GeV [Phys.Lett. B753 (2016) 533-541]

=) Choose to adopt entirely data driven estimate from threshold to 11.2 GeV

Alex Keshavarzi (UoL) KNT17: ahad, VPµ update 3rd June 2017 17 / 23

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

1.8 1.85 1.9 1.95 2 2.05 2.1 2.15 2.2

R(s

)

!s [GeV]

Exclusive Data Combination

Inclusive Data

pQCD

KEDR (2016)

ahad, LOVPµ (1.84

ps 2.00 GeV):

pQCD : 6.42± 0.03

Data : 6.88± 0.25

2

2.5

3

3.5

4

4.5

2 2.5 3 3.5 4 4.5R

(s)

!s [GeV]

Fit of all inclusive R data

KEDR (16)

BaBar Rb data (09)

BESII (09)

BES (06)

CLEO (07)

BES (02)

Crystal Ball (88)

LENA (82)

MD-1 (96)

BES (99)

pQCD

ahad, LOVPµ (2.60

ps 3.73 GeV):

pQCD (inflated errors) : 10.82± 0.38

Data : 11.20± 0.14

Page 18: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

aμSM:  update  HLMNT11  à  KNT17  presented  @  TGM2  

   

Results KNT17 update

KNT17 aSMµ update

2011 2017 *to be discussed

QED 11658471.81 (0.02) �! 11658471.90 (0.01) [Phys. Rev. Lett. 109 (2012) 111808]

EW 15.40 (0.20) �! 15.36 (0.10) [Phys. Rev. D 88 (2013) 053005]

LO HLbL 10.50 (2.60) �! 9.80 (2.60) [EPJ Web Conf. 118 (2016) 01016]*

NLO HLbL 0.30 (0.20) [Phys. Lett. B 735 (2014) 90]*————————————————————————————————————————

HLMNT11 KNT17

LO HVP 694.91 (4.27) �! 692.23 (2.54) this work*

NLO HVP -9.84 (0.07) �! -9.83 (0.04) this work*————————————————————————————————————————NNLO HVP 1.24 (0.01) [Phys. Lett. B 734 (2014) 144] *————————————————————————————————————————

Theory total 11659182.80 (4.94) �! 11659181.00 (3.62) this work

Experiment 11659209.10 (6.33) world avg

Exp - Theory 26.1 (8.0) �! 28.1 (7.3) this work————————————————————————————————————————�aµ 3.3� �! 3.9� this work

Alex Keshavarzi (UoL) KNT17: ahad, VPµ update 3rd June 2017 22 / 23

Page 19: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

aμ:  New  Physics?  

     

•  Many  BSM  studies  use  g-­‐2  as  constraint  or  even  mo:va:on    •  SUSY  could  easily  explain  g-­‐2                -­‐    Main  1-­‐loop  contribu:ons:              -­‐    Simplest  case:                -­‐    Needs  μ>0,  `light’  SUSY-­‐scale  Λ  and/or  large  tan  β  to  explain  281  x  10-­‐11                -­‐      This  is  already  excluded  by  LHC  searches  in  the  simplest  SUSY  scenarios                        (like  CMSSM);  causes  large  χ2  in  simultaneous  SUSY-­‐fits  with  LHC  data  and  g-­‐2              -­‐    However:    *    SUSY  does  not  have  to  be  minimal  (w.r.t.  Higgs),                                                            *    could  have  large  mass  spli�ngs  (with  lighter  sleptons),                                                          *    be  hadrophobic/leptophilic,                                                          *          or  not  be  there  at  all,  but  don’t  write  it  off  yet…    

µ µ

!! !!

!" !!0

µ µ

!µ !µ

aSUSYµ ' sgn(µ) 130⇥ 10�11 tan�

✓100GeV

⇤SUSY

◆2

Page 20: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

New  Physics?      just  a  few  of  many  recent  studies  

     

•  Don’t  have  to  have  full  MSSM  (like  coded  in  GM2Calc  [by  Athron,  …,  Stockinger  et  al.,  EPJC  76  (2016)  62],  which  includes  all  latest  two-­‐loop  contribu:ons),  and  

   •  extended  Higgs  sector  could  do,  see,  e.g.    Stockinger  et  al.,  JHEP  1701  (2017)  007,                        `The  muon  magne:c  moment  in  the  2HDM:  complete  two-­‐loop  result’    è  lesson:  2-­‐loop  contribu:ons  can  be  highly  relevant  in  both  cases;  one-­‐loop  analyses  can  be  misleading      •  1  TeV  Leptoquark        Bauer  +  Neubert,  PRL  116  (2016)  141802  

               one  new  scalar  could  explain  several  anomalies  seen  by  BaBar,  Belle  and  LHC  in  the  flavour  sector                    (e.g.  viola:on  of  lepton  universality  in  B  -­‐>  Kll,  enhanced  B  -­‐>  Dτν)  and  solve  g-­‐2,  while  sa:sfying  all                    bounds  from  LEP  and  LHC    

c

b ⌫

⌧ (⌫)

u

µ

b

µ

�, Z

s⌫

� �

µ

t⌧

h

(s)

s

b µ�

⌫ t

Ws

b

µ

µ�

⌫ t

µ�

t

µ

t

s

b

µ

µ�

⌫ t

µ

c µ

µ

µ (⌧)µ (⌧)

Page 21: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

New  Physics?      just  a  few  of  many  recent  examples  

     

•  light  Z’      can  evade  many  searches  involving  electrons  by  non-­‐standard  couplings  preferring  heavy  leptons  (but  see  BaBar’s  direct  search  limits  in  a  wide  mass  range,  PRD  94  (2016)  011102),  or  invoke  flavour  off-­‐diagonal  Z’  to  evade  constraints  [Altmannshofer  et  al.,  PLB  762  (2016)  389]  

     •  axion-­‐like  par:cle  (ALP),  contribu:ng  like  π0  in  HLbL      [Marciano  et  al.,  PRD  94  (2016)  115033]      •  `dark  photon’  -­‐  like  fi�h  force  par:cle  [Feng  et  al.,  PRL  117  (2016)  071803]  

                         à  see  talks  by  M.  Pospelov,  A.  Filippi,  I.  Jaegle    

1

Z0

µ�

⌧� ⌧�

µ�

l

a, s

l

a, s

a, s

ll

a, s

llll

A

DC

B

Page 22: (g2) μoverview - uni-mainz.de1’159’652’180.73’(0.28)’10 12 ’’[0.24ppb]’’’ a ... ’’’’sector,’xxxSSSM) ...

Conclusions/Outlook:  

•  All  sectors  of  the  Standard  Model  predic:on  of  g-­‐2  have  been  scru:nised  a  lot  in  recent  years  

•  The  basic  picture  has  not  changed,  but              recent  data,  many  from  ISR,  significantly              improve  the  predic:on  for  aμHVP    •  Discrepancy  ~  3-­‐4σ  is  consolidated  

•  With  further  hadronic  data  in  the  pipeline,  also  on  FFs  for  HLbL,  and  efforts  from  la�ce,  the  goal  of  squeezing  ΔaμSM  is  in  reach  

 •  Many  approaches  to  explain  the  discrepancy  with  NP,  linking  

g-­‐2  with  other  precision  observables,  the  flavour  sector,  dark  ma]er  and  direct  searches,  but  so  far  NP  only  (con)strained…  

aµhad,LO VP

value (error)2

m/

0.6

0.9

1.42' rad. m/

0.6

0.9

1.4

2'