[論文レビュー] Fermion mass effects on ${\Gamma(Z a b\bar{b} + a~light~Higgs)}$ in a two-Higgs-doublet model

J. Kalinowski, M. Krawczyk|arXiv (Cornell University)|Jun 11, 1995

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 10

ひとこと要約

本稿は、2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）におけるZボソンのb̄b + 輕いヒッグス（h もしくは A）への崩壊幅に、トップクォーク質量が与える影響を調査している。フェルミオン質量効果が、すべてのヒッグス質量範囲で崩壊率に顕著な影響を与えることが示された。特にスカラーヒッグス生成においては、フェルミオン質量を位相空間の極限と行列要素の両方に含めることが不可欠であり、これにより最大15%の率の増加が得られ、物理的でない赤外発散を回避できる。

ABSTRACT

Large fermion mass effect on the Yukawa process $Z a b\bar{b} a b\bar{b} h (A)$ in the entire range of the neutral Higgs boson masses is found. It is particularly important for light Higgs bosons, which are still not excluded experimentally in a general two-Higgs-doublet model.

研究の動機と目的

• 一般の2ヒッグスダブルレットモデル内でのZ→b̄b + 輕いヒッグス崩壊におけるトップクォーク質量の役割を評価すること。
• 特に軽いヒッグスボソンに対して、質量ゼロのフェルミオン近似が崩壊率を低く見積もるか、歪ませるかどうかを特定すること。
• Z→b̄bhおよびZ→b̄bA過程における、ヒッグス質量（mh もしくは mA）の関数としての崩壊幅に及ぼすmbの影響を、位相空間統合の極限と行列要素寄与の両面から定量化すること。
• 軽いヒッグスボソンの実験的感度を向上させるために、修正された崩壊幅予測を提供すること。

提案手法

• 参照文献[7]の結果を用いて、Z→b̄bhおよびZ→b̄bAの微分崩壊断面積dΓ/dx1dx2の解析的導出。
• 3つのシナリオにおける崩壊幅予測の比較：完全なmb依存性、mbを位相空間にのみ含める、mbを完全に無視する。
• 大きなtanβにおけるダウン型フェルミオン最終状態の増幅を強調するため、Yukawa結合∼mb tanβの使用。
• mb = 5 GeVをベンチマークとして用い、ヒッグス質量（mh または mA）の関数としての崩壊幅の数値的評価。
• 有限フェルミオン質量に起因する赤外行動および運動的抑制効果の分析。
• tan²βに比例することを根拠に、異なるtanβ値における結果のスケーリング。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 有限のトップクォーク質量は、Z→b̄b + ヒッグス崩壊における位相空間統合の極限にどのように影響するか？
• RQ2 行列要素にmbを含めることで、スカラーおよびパラメトニックヒッグス生成の予測崩壊幅はどの程度変化するか？
• RQ3 質量ゼロのフェルミオン近似は、Z→b̄bA崩壊率において物理的でない赤外発散を引き起こすか？
• RQ4 全ヒッグス質量範囲にわたり、mbによる補正は総崩壊幅に対してどの程度顕著か？
• RQ5 運動的および力学的両面でmbを無視しない限り、Yukawa過程Z→b̄b→b̄bh/Aは信頼できる予測が可能か？

主な発見

• 位相空間の極限にのみ有限のトップクォーク質量を保持すると、すべてのMA値においてZ→b̄bA崩壊幅が最低15%低減され、物理的でない赤外行動が是正される。
• Z→b̄bhに対しては、位相空間と行列要素の両方にmbを完全に含めることで、mbが50 GeVに達する際、質量ゼロ近似とは対照的に最大15%の崩壊率増加が得られる。
• 質量ゼロ近似はZ→b̄bhにおいて誤った赤外行動を引き起こし、定量的予測には信頼性がない。
• Z→b̄bAに対しては、行列要素におけるmbの無視が、運動的極限が適切に取り入れられている限り許容可能であり、主な補正は位相空間に起因する。
• Yukawa過程Z→b̄b→b̄bh/Aはtanβに強く依存し、特に軽いヒッグス領域では、正確なモデル化のためには完全なフェルミオン質量処理が必要である。
• 結果は任意のtanβに対してスケーリング可能であり、崩壊幅はtan²βに比例するため、2HDMの素粒子物理学的応用に広く関連する。