[論文レビュー] Higgs--Flavon Mixing and $h ightarrow \mu au$

Katri Huitu, Venus Keus+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 21, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 27被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、電弱スケールのU(1)対称性を持つFroggatt-Nielsen枠組みにおいて、標準模型ヒッグスとレプチレフィリックなフラボン場との混合が、ヒッグス粒子の崩壊 $h \to \mu\tau$ におけるLHCで観測された過剰に起因すると提案している。モデルは、ずれたヤコビ行列のテクスチャーを通じてフラバー非保存カップリングを生成し、自然なキャンセレーションによりレプチルフラバー違反（LFV）制約を満たす。これにより、フラボンの真空期待値（VEV）が約100 GeVのとき、$h \to \mu\tau$ の分岐比が $\sim$0.8%に達する。

ABSTRACT

ATLAS and CMS have reported an excess in the flavor violating decay of the Higgs boson, $h \ ightarrow \\mu \ au$. We show that this result can be accommodated through a mixing of the Higgs with a flavon, the field responsible for generating the Yukawa matrices in the lepton sector. We employ a version of the Froggatt-Nielsen mechanism at the electroweak scale, with only the leptons and the flavon transforming non--trivially under the corresponding symmetry group. Non--observation of charged lepton flavor violation (LFV) in other processes imposes important constraints on the model, which we find to be satisfied in substantial regions of parameter space.

研究の動機と目的

• 観測されたLHCでのフラバー非保存ヒッグス崩壊 $h \to \mu\tau$ の過剰を説明すること。
• この崩壊が、Froggatt-Nielsen機構における標準模型ヒッグスとフラボン場との混合によって説明可能かどうかを調査すること。
• 他の過程からのきついレプチルフラバー違反（LFV）制約と整合性を保つモデルを確保すること。
• 観測された分岐比が達成され、電弱精度およびコライダーの制約を満たすパラメータ領域を同定すること。

提案手法

• ゴールドストーン粒子を避けるために、ソフト破れまたは離散的破れが施されたU(1)対称性に従う、レプチルフィリックなフラボン場を導入する。
• フラボンの真空期待値を用いた高次元オペレーターを通じてFroggatt-Nielsen機構を実装し、$\epsilon = v_\phi / (\sqrt{2}\Lambda)$ のべき乗によって階層的なヤコビ行列カップリングを生成する。
• ヒッグス–フラボン混合から生じる2スカラーの質量固有状態系を構築し、軽い方の状態 $H_1$ を125 GeVのヒッグス粒子として特定する。
• $\mu$–$\tau$ 間の大きな混合を持つ特定のヤコビ行列テクスチャーを採用し、$h \to \mu\tau$ 崩壊振幅を強化する。
• 有効場理論とループレベルの寄与を用いて、$\mu \to e\gamma$、$\tau \to \mu\gamma$、$\tau \to e\gamma$ を含むLFV制約の完全な分析を実施する。
• 分岐比とLFV制約の両方を満たすように、$\sin\theta$、$v_\phi$、$\Lambda$ などのパラメータを調整する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電弱スケールのフラボンを伴うFroggatt-Nielsen枠組みにおいて、ヒッグス–フラボン混合が $h \to \mu\tau$ 崩壊の過剰を説明可能か？
• RQ2 レプチルフラバー違反過程からの制約によって、フラボンの真空期待値と混合角 $\sin\theta$ にどのような制限が課されるか？
• RQ3 LFV振幅における自然なキャンセレーションが、モデルの実現可能性に与える影響は？
• RQ4 モデルはヒッグスカップリング測定および電弱精度データと整合性を保てるか？

主な発見

• $v_\phi \sim 100$ GeV のとき、モデルは $\mathrm{BR}(h \to \mu\tau) \approx 0.82\%$ を達成し、観測されたLHCの過剰と整合する。
• 観測された率を達成するため、フラボンの真空期待値は約100 GeVに制限され、$\sin\theta \approx -0.3$ が好ましい値である。
• 大きな $v_\phi > 700$ GeV は $h \to \tau\tau$ 制約により許容されるが、$h \to \mu\tau$ の分岐比は無視できるほど小さくなる。
• 虚数部 $\mathrm{Im}\phi$ が擬スカラー的性質を持つことにより、自然なキャンセレーションが生じ、$\mu \to e\gamma$、$\tau \to \mu\gamma$、$\tau \to e\gamma$ すべてのLFV制約を満たす。
• ヒッグスカップリングデータから $|\sin\theta| < 0.33$ が有効理論で得られ、$\sin\theta \approx -0.2$ から $-0.3$ の範囲で $\Lambda \sim 1$ TeV が妥当である。
• コライダー観測から、$\mathrm{Im}\phi$ の虚数部は、標準模型ヒッグスと結合しないため、擬スカラー的性質により弱く制約を受ける。このため、一部の拡張においては実現可能なダークマター候補となる。