[論文レビュー] A light non-standard Higgs boson: to be or not to be at a (Super) B factory?

Miguel-Angel Sanchis-Lozano|ArXiv.org|Sep 24, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 13被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、高輝度Bファクトリーやスーパーベータファクトリーにおいて、次に最小限の超対称標準模型（NMSSM）における軽量でほとんどシングレットに近いCP奇性ヒッグスボソンの放射性崩壊を通じた検出可能性を調査している。質量が約10 GeVで、大きな$\tan\beta$と混合によりダウンクォーク型フェルミオンへの結合が強化されたヒッグスは、$\Upsilon \to \tau^+\tau^-\gamma$崩壊におけるレプトン普遍性の破れを通じて検出可能であり、信号は数パーセントレベルで検出可能である可能性がある。

ABSTRACT

A light non-standard Higgs boson decaying mainly into $τ^+τ^-$ has not been yet ruled out by LEP searches in several scenarios. We verify that, in the context of the Next-to-Minimal-Supersymmetric Standard Model, a low-mass CP-odd (mostly but not completely singlet-like) Higgs boson can couple strongly enough to down-type fermions to be detected in radiative $Υ$ decays into tauonic pairs at a high-luminosity B factory. Possible spectroscopic effects of a mixing with $η_b$ resonances are also analyzed

研究の動機と目的

• （スーパーベータ）ファクトリーにおいて、NMSSMにおける軽量でほとんどシングレットに近いCP奇性ヒッグスボソンの検出可能性を検討すること。
• そのようなヒッグスボソンが、$\tau^+\tau^-$対への放射性$\Upsilon$崩壊を通じて生成され、観測可能かどうかを評価すること。
• $A^0$と$\eta_b$共鳴状態の混合が、ボトムニュオン状態のスペクトルに与える影響を調査すること。
• $\Upsilon$崩壊における新しい擬スカラー・ヒッグスボソンのシグナルとしてのレプトン普遍性の破れをテストすること。

提案手法

• 小規模な三重項結合の極限において、NMSSMフレームワークを用いて、最も軽いCP奇性ヒッグスボソンの質量および混合構造（$\cos\theta_A$と$m_{A^0}$でパrameter化）を分析する。
• 有効なヤコビ係数結合$A^0$とダウンクォーク型フェルミオンの間の関係は$\sim \cos\theta_A \tan\beta$として導出され、$\cos\theta_A \ll 1$であっても結合が強化される。
• $A^0$と$\eta_b(1S)$状態の混合は、混合パラメータ$X_d = \cos\theta_A \tan\beta$を介してモデル化され、$\eta_b$共鳴状態の物理的質量シフトに影響を与える。
• 放射性崩壊$\Upsilon \to \tau^+\tau^-\gamma$を検討し、ヒッグス媒介振幅が$\tau$終状態に寄与することで、レプトン普遍性の破れをテスト可能なシグナルが得られる。
• 新しい物理学のプローブとして、分岐比比$\mathcal{R}_{\tau/\ell} = \mathcal{B}_{\tau\tau}/\mathcal{B}_{\ell\ell} - 1$が用いられ、$\Upsilon(1S)$、$\Upsilon(2S)$、$\Upsilon(3S)$について数値解析が実施された。
• ハイパーファイン分裂$m_{\Upsilon} - m_{\eta_b}$の理論的予測は、混合効果を含めるように調整され、$X_d$および質量差$m_{A^0} - m_{\eta_{b0}}$に依存するシフトを示した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NMSSMにおける軽量でほとんどシングレットに近いCP奇性ヒッグスボソンは、（スーパーベータ）ファクトリーにおける放射性$\Upsilon$崩壊によって検出可能か？
• RQ2 $A^0$–$\eta_b$混合が、特に$\Upsilon$–$\eta_b$質量差に与える影響は何か？
• RQ3 $\Upsilon$崩壊におけるレプトン普遍性の破れは、新しい擬スカラー・ヒッグスボソンの検出可能なシグナルとして機能するか？
• RQ4 分岐比$\mathcal{B}_{\tau\tau}$と$\mathcal{B}_{\ell\ell}$は、ヒッグスの質量および混合パラメータにどのように依存するか？
• RQ5 $\Upsilon(2S)$と$\Upsilon(3S)$崩壊は、$\Upsilon(1S)$と比較して、新しい物理学のシグナルに対してどの程度感度が高いか？

主な発見

• 大きな$\tan\beta$において$|X_d| = |\cos\theta_A| \tan\beta \simeq 10$であれば、NMSSMにおいて質量が約10 GeVの軽量CP奇性ヒッグスボソンを実現可能であり、同時にほとんどシングレットに近い状態（$\cos^2\theta_A \sim$数パーセント）を維持できる。
• 混合による$\cos\theta_A \tan\beta$に起因するダウンクォーク型フェルミオンへの強化されたヤコビ係数結合のおかげで、$A^0$はLEPの制限を回避しつつも、$\Upsilon$崩壊で観測可能である。
• $A^0$と$\eta_b$共鳴状態の混合は、物理的$\eta_b$質量に顕著なシフトを引き起こし、$|X_d|$が大きいと$\Upsilon$–$\eta_b$質量順序が逆転する可能性がある。
• $\Upsilon(2S)$および$\Upsilon(3S)$崩壊において、比$\mathcal{R}_{\tau/\ell}$は数パーセントに達するため、$\Upsilon(1S)$に比べてレプトン普遍性の破れを検出する上でより有望である。
• $\Upsilon(1S)$崩壊では共鳴的寄与により$\mathcal{R}_{\tau/\ell}$に明確なピークが現れるが、$\Upsilon(2S)$および$\Upsilon(3S)$では非共鳴的抑制により谷が現れるが、全体としてのシグナルは数パーセントレベルで検出可能である。
• $\Upsilon(2S)$および$\Upsilon(3S)$崩壊は、ヒッグス媒介$\tau^+\tau^-$終状態を強化するウィルツェク機構が支配的であるため、実験的観測に最も有利である。