[論文レビュー] B->tau nu in multi-Higgs models with MFV

G. Blankenburg, Gino Isidori|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 19被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、最小カスプフラバー違反（MFV）仮説の下で、2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）におけるB →τνの decay 分岐率の向上を検討する。Peccei-Quinn対称性の破れ項が1/tanβのオーダーであり、tanβが大きい場合、陽子質量が1 TeV程度の重いチャージドヒッグスボソンが存在しても、SMの予測値に対して約50%の増幅が可能である。これは、SMと新物理の振幅の間で構築的干渉が生じ、K→μν、B→Xsγ、Bs→μ+μ−の制約が満たされている場合に限る。

ABSTRACT

We analyse the $B ightarrow au u$ decay in a generic two-Higgs doublet model satisfying the MFV hypothesis. In particular, we analyse under which conditions $\BR(B ightarrow au u)$ can be substantially enhanced over its SM value, taking into account the constraints of $K ightarrow \mu u$, $B ightarrow X_s \gamma$, and $B_s ightarrow \mu^+ \mu^-$. We find that for large $ an\beta$ values and Peccei-Quinn symmetry breaking terms of $\cO(1/ an\beta)$ a sizable ($\sim 50%$) enhancement of $\BR(B ightarrow au u)$ is possible, even for $m_H \sim 1$ TeV.

研究の動機と目的

• 2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）において、最小カスプフラバー違反（MFV）の下で、B →τνの分岐率が標準模型（SM）の予測を著しく上回る可能性があるかどうかを調査すること。
• このような増幅を可能にする具体的なモデルパラメータおよび対称性の破れ構造を同定すること。ただし、既存の低エネルギーにおけるフラバー違反制約と整合していること。
• MFVフレームワークにおいて、B →τνの振幅と、K →μν、B →Xsγ、Bs →μ+μ−といった他のフラバー観測量との相互作用を調査すること。

提案手法

• クォークのヤコビ行列を通じてフラバー対称性の破れが生じるMFV仮説に従う、一般的な2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）を構築し、ヤコビカップリングを定式化する。
• クォークのヤコビ行列のべき級数展開を行い、正確なU(1)PQ対称性からのずれを表す小さなパラメータϵiを導入する。
• チャージドヒッグスがクォークとカップリングする有効ラグランジアンを導出し、カップリングのフラバー構造がϵiパラメータとtanβに依存することを示す。
• K→μν、B→Xsγ、Bs→μ+μ−の制約を課えた上で、パラメータ空間（ϵ0, ϵ1, tanβ, mH）におけるグローバルな数値スキャンを実施し、妥当な領域を同定する。
• B →τνにおけるSMと新物理の振幅の干渉効果を分析し、増幅をもたらす構築的干渉が生じる条件を特定する。
• SMとの偏差を定量化するための主要な観測量として、比RBτν = B(B→τν)/B(B→τν)SMを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2HDMにおけるMFVの下で、B →τνの分岐率はどのような条件下で著しくSMの予測を上回るのか？
• RQ2 K→μν、B→Xsγ、Bs→μ+μ−の制約は、このような増幅のためのパラメータ空間をどのように制限するのか？
• RQ3 Peccei-Quinn対称性の破れ項とtanβは、B →τνにおける構築的干渉を可能にする上で果たす役割は何か？
• RQ4 B →τνにおける大きな増幅は、他のフラバー観測量における観測された微小なずれと整合的であるか？
• RQ5 B→τνの増幅が実現された場合、B(K→μν)の未来の測定にどのような意味を持つのか？

主な発見

• 2HDMMFVフレームワークにおいて、mH ~ 1 TeVであっても、B(B →τν)のSM予測値に対する約50%の増幅が可能である。
• このような増幅は、ϵi tanβが1のオーダーである必要があり、これは2HDM-IIや未破れのU(1)PQ対称性の極限からの著しい逸脱を示している。
• B →τνにおけるSMとチャージドヒッグス振幅の間で構築的干渉が生じる必要があり、これは1 + (ϵ0 + ϵ1)tanβの分母を抑制するϵ0とϵ1の組み合わせに依存する。
• ϵ2やϵ′0,2にきめ細やかな調整がなくても、構築的干渉領域は密度的に存在するが、ϵ0 ≈ -1近辺に解がないのはK→μν制約によるものである。
• 増幅の最も有望な状況は、ϵ0とϵ1が分母を抑制するように調整された場合であり、特にmHが大きい場合に、新物理振幅をSMレベルに保つためにきめ細やかな調整が必要となる。
• B(K→μν)の精度向上が今後実現すれば、このモデルを検証する強力なプローブとなり得る。なぜなら、このフレームワークにおいてB(B→τν)と強く相関しているからである。