[論文レビュー] FCNC top quark decays beyond the Standard Model

Santi Béjar, Jaume Guasch+1 more|ArXiv.org|Jan 26, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、標準模型を越えたフレーバー変換型中性荷電現在（FCNC）トップクォーク崩壊がヒッグス粒子へ進行する可能性を調査し、特にH⁰、h⁰、またはA⁰終状態において、最小超対称標準模型（MSSM）および一般の2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）において、検出可能な分岐比（約10⁻⁴）に達する可能性があることを示している。研究は、複数のヒッグス崩壊チャンネルの観測が、運動学的および質量相関のシグネチャに基づいてMSSMと非SUSY 2HDMのシナリオを区別できることを示している。

ABSTRACT

Flavor Changing Neutral Current decays of the top quark within the strict context of the Standard Model are known to be extremely rare. In fact, they are hopelessly undetectable at the Tevatron, LHC and LC in any of their scheduled upgradings. Therefore, if a few of these events eventually show up in the future we will have certainly discovered new physics. We argue that this could well be the case for the LHC and the LC both within the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) and in a general two-Higgs-doublet model (2HDM), especially if we look for FCNC top quark decays into Higgs bosons.

研究の動機と目的

• 将来の加速器（LHCやLCなど）で、希少なFCNCトップクォーク崩壊がヒッグス粒子へ進行する可能性を評価すること。
• 特に中性ヒッグス粒子（h⁰、H⁰、A⁰）へのFCNCトップ崩壊の分岐比を、MSSMと一般の2HDMで比較すること。
• ヒッグス崩壊パターンに基づいて、MSSMと非SUSY 2HDMのシナリオを区別できる特徴的な実験的シグネチャを同定すること。
• 複数のヒッグス崩壊チャンネルを観測することで、FCNCトップクォーク崩壊の背後にある新しい物理学のモデルを特定できるかを調査すること。

提案手法

• 2HDMおよびMSSMの枠組みにおいて、ヒッグス、クォーク、ゲージおよびゴールドストーンボソンを含む一次ループ図を分析すること。
• 特にスカラクォーク質量行列がクォーク質量行列と一致しない場合に、MSSMにおける超対称粒子（スカラクォーク、チャージノ）の寄与を含めること。
• GIM機構およびループ抑制要因を用いて分岐比を推定し、標準模型における（mb/MW）⁴抑制に特に注目すること。
• tanβおよびヒッグス質量が分岐比に与える影響、特に高tanβ領域での影響を評価すること。
• 高pTのチアムジェット、b̄b対、VV終状態などの崩壊シグネチャを比較し、2HDMとMSSMモデルを区別すること。
• MSSMにおける質量関係および放射修正を用いて、予測されたヒッグス質量と観測されたヒッグス質量の整合性を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型において極めて抑制されているにもかかわらず、MSSMおよび2HDMにおいてFCNCトップクォーク崩壊がヒッグス粒子へ進行し、検出可能な分岐比に達する可能性はあるか？
• RQ2 どのヒッグス終状態（h⁰、H⁰、A⁰）がMSSMおよび2HDMにおいて観測可能な率を示す可能性が最も高いか？
• RQ3 トップクォーク崩壊における複数のヒッグス崩壊チャンネルの観測が、MSSMと非SUSY 2HDMモデルを区別できるか？
• RQ4 高pTのチアムジェット、大インヴァリアント質量のb̄b対、VV終状態などの運動学的シグネチャは、どの程度ヒッグスモデルの特定に役立つか？
• RQ5 観測されたヒッグス質量がMSSMの質量関係と整合しているかどうかが、FCNC崩壊のSUSY起源を確認または除外する手がかりになるか？

主な発見

• 標準模型におけるt → cHSMの分岐比は約10⁻¹³～10⁻¹⁵にまで抑制され、現在または計画中の加速器では検出不能である。
• MSSMおよび2HDMにおいて、FCNCトップ崩壊（t → cH⁰、h⁰、A⁰）は分岐比が10⁻⁴程度に達する可能性があり、LHCで観測可能となる。
• 2HDMではグルーオンチャンネルt → cgの分岐比は10⁻⁶未塔であり、MSSMでは10⁻⁵未塔であり、いずれも約10⁻⁵の検出可能閾値を下回っている。
• 2HDM IIにおいては、t → cHの過程でh⁰またはH⁰（両方ではない）のみが顕著に生成可能であるが、MSSMではtanβおよびmA⁰に応じてh⁰、H⁰、A⁰すべてが利用可能となる。
• t → h⁰cおよびt → H⁰cの両方の崩壊が観測されれば、ヒッグス崩壊パターンの違いにより、MSSMが2HDM IIよりも強く支持される。
• 高pTのチアムジェットに加え、高インヴァリアント質量のVV終状態が観測されるのは、MSSMの特徴的なシグネチャであり、特にH⁰ → VVが2HDM IIでは不可能であるため、MSSMの特徴的兆候となる。