[論文レビュー] Implications of Yukawa texture in the charged Higgs boson phenomenology within 2HDM-III

A. Cordero-Cid, O. Félix-Beltrán+2 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 7被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、4つのゼロを有するヤクバ・テクスチャーを有する2HDM-IIIモデルにおける荷電ヒッグスボソンの現象論的性質を調査し、修正された結合定数がLHCにおける崩壊パターンと生成率を顕著に変化させることを示している。大規模な $ταν\beta$ において $H^+ \to W^+h^0$ が支配的崩壊モードとなり、$ταν\beta=70$ の場合にイベントレートが約15,000に達することを明らかにした。また、生成において $gg$-融合が $c\bar{b}$-融合を上回ることで、他の2HDMシナリオと区別可能であることが示された。

ABSTRACT

We discuss the implications of assuming a four-zero Yukawa texture for the properties of the charged Higgs boson within the context of the general 2-Higgs Doublet Model of Type III. We present the charged Higgs boson couplings with heavy quarks and the resulting pattern for its decays, including the decay $H^+ o W^+ γ$ at 1-loop level. The parameters chosen can still avoid the $B o X_s γ$ constraint, the perturbativity and $ρ_0$ bound. Also, we present the constraints of $ B0-\bar{B}0$ mixing and of the radiative corrections to the $Z b \bar{b}$ vertex in the regime small $ an β$. The production of charged Higgs bosons is also sensitive to the modifications of its couplings, so that we also evaluate the resulting effects on `direct' $c\bar{b} o H^++c. c.$ and `indirect' $q\bar q,gg o \bar t b H^++c. c.$ production. Significant scope exists at the Large Hadron Collider for several $H^\pm$ production and decay channels combined to enable one to distinguish between such a model and alternative 2-Higgs doublet scenarios.

研究の動機と目的

• 4つのゼロを有するヤクバ・テクスチャーが2HDM-IIIモデルにおける荷電ヒッグスボソンの結合定数と崩壊パターンに与える影響を調査すること。
• このテクスチャー下でのLHCにおける荷電ヒッグスボソンの検出可能性を、直接的および間接的生成メカニズムを考慮して評価すること。
• 2HDM-IIIの現象論的シグネチャを、特に2HDM-IIと比較すること。
• $B \to X_s\gamma$、$B^0-\bar{B}^0$ 混合、および放射的 $Zb\bar{b}$ 糾正からの制約を評価すること。

提案手法

• 2HDM-IIIフレームワーク内において、$\tilde{\chi}^{u,d}_{ij}$ 行列を用いてパラメータ化された4つのゼロを有するヤクバ・テクスチャーを用いて、荷電ヒッグスボソンのフェルミオンへの結合定数を導出する。
• 1ループレベルで $H^+ \to W^+\gamma$ の分岐比を計算し、ループ誘導寄与を含む。
• LHCにおける直接的 $c\bar{b} \to H^+$ および間接的 $q\bar{q}, gg \to \bar{t}bH^+$ 生成断面積を評価する。
• $B \to X_s\gamma$、$B^0-\bar{B}^0$ 混合、および $\delta Zb\bar{b}$ 糾正を適用して、妥当なパrameter空間を制限する。
• 10^5 pb$^{-1}$ の統計的積分光度を用いてイベントレート推定を実施し、$H^+ \to W^+h^0$、$H^+ \to t\bar{b}$、$H^+ \to \tau^+\nu_\tau$、および $H^+ \to W^+A^0$ 崩壊に注目する。
• 異なる $\tan\beta$ および $m_{H^+}$ 値における信号率を比較し、支配的チャネルを特定するとともに、他の2HDMモデルとの区別可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2HDM-IIIにおける4つのゼロヤクバ・テクスチャーは、荷電ヒッグスボソンの結合定数と崩壊分岐比にどのように影響を及えるか？
• RQ2 このテクスチャー下でLHCにおける $H^+$ の支配的生成メカニズムは何か？ また、$c\bar{b}$-融合と $gg$-融合の間でどのように比較されるか？
• RQ3 $H^+ \to W^+\gamma$ 崩壊はLHCで観測可能か？ また、$B \to X_s\gamma$ からの制約はどのようなものか？
• RQ4 $B^0-\bar{B}^0$ 混合および放射的 $Zb\bar{b}$ 糾正は、小規模な $\tan\beta$ 範囲におけるモデルパラメータをどのように制限するか？
• RQ5 どの崩壊および生成チャネルがLHCにおける $H^+$ の発見可能性において最も有望であり、2HDM-IIとはどのように異なるか？

主な発見

• $\tan\beta$ が大きい場合に $H^+ \to W^+h^0$ 崩壊チャネルが支配的となり、$\tan\beta = 70$ の場合に分岐比が約36%に達する。これは、最も有望な信号チャネルである。
• $m_{H^+} = 400$ GeV および $\tan\beta = 70$ の場合、間接的 $gg$-融合生成を通じて $10^5$ pb$^{-1}$ の積分光度で $H^+ \to W^+h^0$ のイベントレートが15,480件に達する。
• 間接的生成 $q\bar{q}, gg \to \bar{t}bH^+$ は直接的 $c\bar{b}$-融合に比べてはるかに高い断面積を示し、$\tan\beta = 70$ で $\sigma \approx 4.3 \times 10^{-1}$ pb となる。これに対して $c\bar{b}$-融合では $1.25 \times 10^{-1}$ pb にとどまる。
• $H^+ \to W^+\gamma$ 崩壊は1ループレベルで計算可能であり、選択されたパラメータ空間内では $B \to X_s\gamma$ の制約と整合的である。
• $m_{H^+} = 400$ GeV の場合、$c\bar{b}$-融合チャネルは高エネルギー領域で支配的でなく、信号検出において $gg$-融合に比べて劣る。
• 特に $H^+ \to W^+h^0$ の支配的性質と結合構造のおかげで、2HDM-IIIの現象論的性質は2HDM-IIや他の2HDM変種と明確に区別可能である。