[論文レビュー] Flavor changing neutral decay effects in models with two Higgs boson doublets: Applications to LHC Physics

Santi Béjar|ArXiv.org|Jun 12, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 131被引用数 5

ひとこと要約

本学位論文は、二重ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）および最小超対称標準模型（MSSM）におけるトップクォークおよびヒッグスボソンのフレーバー変換を伴う中性荷電現在（FCNC）崩壊を調査し、特にループ誘導型トップクォーク崩壊およびヒッグスボソンの重いクォークへの崩壊に注目する。1ループSUSY-QCD計算とLHCの素粒子物理学的分析を用いて、大規模なtanβおよび特定のスキューク混合を伴うMSSMのシナリオでは、FCNCの分岐比が最大で10⁻⁴に達することが判明し、望ましいパラメータ選択のもとでLHCで検出可能である可能性がある。

ABSTRACT

In this Thesis we have investigated some effects appearing in top quark and Higgs boson decays with flavor changing neutral currents (FCNC) in the framework of generic Two Higgs Doblet Models (2HDM) and the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). We have applied these two extensions to the SM to see whether they can produce new FCNC effects. Introductory chapters deal with the 2HDM and the MSSM. In the next chapters we have computed the following FCNC decays: (1) the branching ratios (B) of the top quark to Higgs bosons and charm quark in the 2HDM; (2) B and number of events at the Large Hadron Collider (LHC) of the Higgs bosons to top and charm quarks in the 2HDM; (3) B of the Higgs bosons to bottom and strange quarks in the MSSM; (4) cross section and number of events at the LHC of the Higgs bosons to FCNC final states involving the heavy quarks like the top and bottom quark in the MSSM (Higgs bosons = h^0, H^0, A^0). We also studied the experimental signatures that would allow discover of the nature of these Higgs bosons in the LHC. In this study we have applied the severe restrictions from observed low-energy FCNC processes like b -> sγ. Our general conclusion is that the physics of the processes with flavor changing neutral currents can be very important in seeing the physics beyond the Standard Model and to disentangle the nature of the most adequate model. Experiments at the LHC can be crucial to unravel signs of FCNC physics beyond the SM.

研究の動機と目的

• 二重ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）および最小超対称標準模型（MSSM）におけるトップクォークおよびヒッグスボソンのフレーバー変換を伴う中性荷電現在（FCNC）崩壊を研究すること。
• 特にb→sγ崩壊からの実験的制約を考慮して、これらのFCNC過程の素粒子物理学的妥当性を評価すること。
• LHCにおけるクロスセクションおよびイベントレートの計算を通じて、こうしたFCNC信号の検出可能性を評価すること。
• SUSY-QCD寄与を考慮したもとで、MSSMにおけるトップおよびボトムクォークへのFCNC崩壊が最大になるパラメータ領域を同定すること。
• 特に大規模なtanβおよび非一様なスフェルミオン質量を伴う状況において、拡張されたヒッグス系の構造とFCNC効果の相乗的相互作用を調査すること。

提案手法

• フルSUSY-QCD寄与（頂点補正および自己エネルギー図を含む）を用いたMSSMにおけるFCNC崩壊の1ループ計算を実施する。
• MSSMにおける木葉および1ループのヒッグス質量関係を適用し、物理的ヒッグス質量および結合定数を計算する。
• 数値的解析を用いて、LHCにおけるpp→h→qq′過程の分岐比（B）および生成断面積（σ）を計算する。
• 物理的でないまたは除外されたパラメータ領域を除外するため、実験的分岐比B(b→sγ)からの厳密な制約を適用する。
• mA⁰、tanβ、スケールク質量、および混合角（δ23）などのMSSMパラメータをスキャンすることで、FCNC崩壊率を最大化する。
• 分岐比および断面積を、LHC感度解析のための100 fb⁻¹の統合した光度あたりの期待イベント数に変換する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一般の2HDMにおいて、トップクォークのヒッグスボソンおよびチアムクォークへの分岐比はどの程度か？
• RQ2 2HDMにおいて、ヒッグスボソンがトップクォークおよびチアムクォークに崩壊する分岐比はどの程度大きくなるか？また、LHCで検出可能か？
• RQ3 MSSMにおけるヒッグスボソンがボトムクォークおよびストレンジクォークに崩壊する最大の分岐比は何か？また、どのSUSYパラメータがこれらの率を最大にするか？
• RQ4 MSSMにおけるLHCにおけるFCNCヒッグス崩壊（b→s、t→c）の生成断面積および期待イベントレートは何か？
• RQ5 b→sγ崩壊からの制約は、MSSMにおける観測可能なFCNCヒッグス崩壊の妥当なパラメータ空間をどのように規定するか？

主な発見

• MSSMにおいて、tanβ=50で特定のスキュアーク混合を伴う有利なシナリオでは、分岐比B(h⁰→b̄s)が最大で1.5×10⁻⁴に達するが、B(b→sγ)制約と整合的である。
• mA⁰=200 GeVおよびtanβ=50の条件下で、最適なSUSYパラメータ選択のもと、h⁰→b̄s崩壊の最大イベントレートは100 fb⁻¹あたり約120イベントに達する。
• トップチアムチャンネルでは、mA⁰=300 GeVおよびtanβ=5のMSSMにおいて、σ(pp→h⁰→t̄c)が最大で1.2 pbに達し、100 fb⁻¹あたり約25イベントに相当する。
• 最大のFCNC寄与は、ダウン型スキュアーク系における顕著な混合（特にδ23）を伴う状況で生じ、特にスキュアーク固有状態間の質量差が大きい場合に顕著である。
• ヒッグス質量が degenerate であるMSSMパラメータ空間のウィンドウ領域は、B(b→sγ)制約によって除外され、最大達成可能な分岐比が最大で2倍まで低下する。
• FCNC強化シナリオではヒッグスボソンの全幅が顕著に増加し、最も有利な状況では最大で1.5 GeVに達する。これは、標準的な崩壊モードにおけるヒッグスボソンの検出に影響を及える可能性がある。