[論文レビュー] Analysis of the quark sector in the 2HDM-III with a four-zero Yukawa texture using the most recent data on the CKM matrix

O. Félix-Beltrán, F. González-Canales+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 20, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 37被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、最新のCKM行列データを用いて2HDM-IIIにおけるクォーク系を四零ヤコビ行列型で分析し、ヤコビ行列パラメータをχ²フィットで制約する。質量行列不変量からチェンとシャーのアンザッツが自然に導かれ、tanβのさまざまな値およびチャージドヒッグス粒子質量（90–500 GeV）において、フレーバー物理学の制約と整合する1σ許容範囲が得られる。

ABSTRACT

In this letter we analyse, in the context of the general 2-Higgs Doublet Model, the structure of the Yukawa matrices, $\widetilde{ \bf Y}_{ _{1,2} }^{q}$, by assuming a four-zero texture ansatz for their definition. In this framework, we obtain compact expressions for $\widetilde{ \bf Y}_{ _{1,2} }^{q}$, which are reduced to the Cheng and Sher ansatz with the difference that they are obtained naturally as a direct consequence of the invariants of the fermion mass matrices. Furthermore, in order to avoid large flavour violating effects coming from charged Higgs exchange, we consider the main flavour constraints on the off-diagonal terms of Yukawa texture {{$\left( \widetildeχ_{j}^q ight)_{kl}$}} ($k eq l$). We perform a $χ^2$-fit based on current experimental data on the quark masses and the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa mixing matrix ${ \bf V}_{ m CKM }$. Hence, we obtain the allowed ranges for the parameters $\widetilde{ \bf Y}_{ _{1,2} }^{q}$ at 1$σ$ for several values of $ an β$. The results are in complete agreement with the bounds obtained taking into account constraints on Flavour Changing Neutral Currents reported in the literature.

研究の動機と目的

• 2HDM-IIIにおける四零ヤコビ行列型を用いて、最新のCKM行列データを用いてクォーク系を分析すること。
• フレーバー変換中性荷電現在（FCNC）を抑制するヤコビ行列パラメータの制約を導出すること。
• フェルミオン質量行列不変量からチェンとシャーのアンザッツが自然に導かれることが示されること。
• tanβとチャージドヒッグス粒子質量の変動を考慮して、1σにおける対角ヤコビ行列型パラメータの許容範囲をχ²フィットで決定すること。
• 2HDM-IIIにおける四零ヤコビ行列型を用いた数値的解析のより実装可能なパrameterizationを提供すること。

提案手法

• 2HDM-IIIフレームワーク内でのヤコビ行列行列 $\widetilde{\mathbf{Y}}_{1,2}^{q}$ に対して四零テクスチャーのアンザッツを仮定する。
• バイユニタリ対角化を用いて、ヤコビ行列を物理的クォーク質量およびCKM行列に関連付ける。
• クォーク質量およびCKM行列要素の実験的データに対するχ²フィットを実行し、ヤコビ行列テクスチャー $\widetilde{\chi}_{j}^{q}$ の非対角項および対角項を制約する。
• フレーバー物理学の制約（FCNC抑制）を満たすために非対角項を固定し、対角項 $\left(\widetilde{\chi}_{2}^{q}\right)_{kk}$ に焦点を当てる。
• tanβを2から90、$m_{H^\pm}$を90から500 GeVまで変化させ、対角パラメータの90%信頼区間（CL）領域を計算する。
• 既存のFCNC制約と照合し、文献と整合することを確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2HDM-IIIにおける四零ヤコビ行列型は、質量行列不変量からチェンとシャーのアンザッツを自然に再現するか？
• RQ2 現在のCKMおよびクォーク質量データを踏まえて、ヤコビ行列テクスチャー $\left(\widetilde{\chi}_{2}^{q}\right)_{kk}$ の対角成分の許容1σ範囲は何か？
• RQ3 四零テクスチャーを有する2HDM-IIIにおいて、ヤコビ行列パラメータの制約はtanβおよび$m_{H^\pm}$にどのように依存するか？
• RQ4 導出されたパラメータ範囲は、既存のFCNCに関するフレーバー物理学の制約と整合的か？
• RQ5 提案されたパrameterizationは、2HDM-IIIにおける数値的解析のより実用的で実装可能な代替手段として使用可能か？

主な発見

• チェンとシャーのアンザッツは、恣意的な仮定を要せず、フェルミオン質量行列不変量の結果として自然に導かれる。
• χ²フィットにより、tanβ = 2, 6, 15, 30における $\left(\mathrm{\widetilde{\chi}}_{2}^{q}\right)_{kk}$ パラメータの90%信頼区間（CL）が得られ、$m_{H^\pm} \in (90, 500)$ GeVの範囲で有効である。
• tanβ = 30の場合、$\left(\widetilde{\chi}_{2}^{u}\right)_{33}$ の許容範囲は $[1.06, 7.2]$、$\left(\widetilde{\chi}_{2}^{d}\right)_{33}$ は $[0.02, 1.0]$ であり、第3世代のカップリングが顕著に抑制されていることが示される。
• tanβ = 30におけるフィットのχ²値は、上型で1.38、下型で0.78であり、実験データと良好に一致している。
• 結果は、文献に掲載されたFCNCに関する既存の制約と完全に整合しており、本手法の妥当性が裏付けられる。
• 提案されたパrameterizationは、四零テクスチャーを有する2HDM-IIIにおける今後の数値的解析のより実用的で実装可能な代替手段として推奨される。