[論文レビュー] Lepton Flavor Violating $τ^- o μ^- PP$ Decays in the Two Higgs Doublet Model III

Wenjun Li, Fan Ying-Ying+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、2HDM IIIにおける木レベルのフラーバー変換型中性Higgsボソン交換が遷移を媒介する、Lepton Flavor Violatingなτ⁻ → μ⁻PP崩壊（PP = K⁺K⁻, K⁰K̄⁰, π⁺π⁻, π⁰π⁰）を検討する。hadronic final state をResonance Chiral Theoryでモデル化することで、τ⁻ → μ⁻K⁺K⁻が|λτμ|に最も感受性が高く、分岐比が現在の実験的感度に達し、|λτμ|がO(1–10³)に制約されることを明らかにする。

ABSTRACT

In this paper, the lepton flavor violating $τ^- o μ^-PP (PP=K^+K^-,K^0\bar{K}^0,π^+π^-,π^0π^0)$ decays are studied in the framework of the two Higgs doublet model(2HDM) III. We calculate these decays branching ratios and get the bounds of model parameter $|λ_{τμ}|$ from the experimental upper limits. Our results show that, the neutral Higgs bosons have tree-level contributions to these decays. Among these decays, the $τ^- o μ^- K^+K^-$ decay is most sensitive to $|λ_{τμ}|$. In the existing parameters space, these decays could reach the measure capability of B factory. These processes can provide some valuable information to future research and furthermore present the reliable evidence to test the 2HDM III model.

研究の動機と目的

• Tree-levelのflavor-changing neutral currentが許容されるTwo Higgs Doublet Model IIIにおいて、Lepton Flavor Violatingなτ⁻ → μ⁻PP崩壊を調査すること。
• 非摂動的QCD手法を用いて、これらの崩壊がμτ-Higgs結合|λτμ|にどの程度感受性があるかを評価すること。
• τ⁻ → μ⁻PP崩壊の分岐比を決定し、現在の実験的上限と比較すること。
• 2HDM IIIの枠組みにおいて、これらの崩壊が新しい物理のプローブとして果たす可能性を評価すること。

提案手法

• 理論的枠組みは、中性Higgsの交換によって木レベルのflavor-changing neutral currentを許容するTwo Higgs Doublet Model IIIに基づく。
• hadronic行列要素は、最終状態の相互作用を記述するためにResonance Chiral Theory (RχT) を用いてモデル化される。ベクトルおよびスカラー励起状態を組み込む。
• 振幅は、レプトン的およびハドロン的カレントに分離し、その後者のパrameterはメソンの質量、崩壊定数、励起状態の寄与で記述される。
• 分岐比は、位相空間積分を数値的に計算し、実験的上限から導かれる制約を組み込む。
• モデルのパrameter |λτμ|は物理的範囲でスキャンされ、その感受性と許容される値が特定される。
• K⁺K⁻, K⁰K̄⁰, π⁺π⁻, π⁰π⁰の異なる最終状態を比較し、感受性が最も高い崩壊モードを特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Two Higgs Doublet Model IIIにおけるτ⁻ → μ⁻K⁺K⁻の分岐比は何か？また、|λτμ|にどの程度感受性があるか？
• RQ2 τ⁻ → μ⁻PP崩壊の分岐比は、Bファクトリーからの現在の実験的上限と比べてどうか？
• RQ3 2HDM IIIにおいて、|λτμ|結合に最も感受性が高い最終状態（K⁺K⁻, K⁰K̄⁰, π⁺π⁻, π⁰π⁰）はどれか？
• RQ4 2HDM IIIにおいて、木レベルで中性Higgsボソンがこれらの崩壊にどの程度寄与するか？
• RQ5 最新の実験的上限から導かれるτ⁻ → μ⁻PP崩壊の|λτμ|に対する制約は何か？

主な発見

• τ⁻ → μ⁻K⁺K⁻崩壊は|λτμ|結合に対して最も感受性が高く、実験的上限により|λτμ|は約4.5に制約される。
• τ⁻ → μ⁻K⁺K⁻の分岐比は、許容されるパラメータ領域で10⁻⁸のオーダーに達し、現在の実験的限界に近づく。
• τ⁻ → μ⁻K⁰K̄⁰崩壊は、その分岐比の上限から|λτμ| ≈ O(1)に制約される。
• τ⁻ → μ⁻π⁺π⁻崩壊はτ⁻ → μ⁻π⁰π⁰よりも|λτμ|に感受性が高く、小さな|λτμ|に対して分岐比が10⁻¹⁴にまで達する。
• K⁺K⁻, K⁰K̄⁰, π⁺π⁻, π⁰π⁰の4つの崩壊すべてが、2HDM IIIにおいて木レベルのHiggsボソン寄与を持つ。
• すべての崩壊の分岐比は、現在のBファクトリーの感度の範囲内にあり、将来的な実験の新たなプローブとして有効であることが判明した。