[論文レビュー] Light Charged Higgs and Lepton Universality in W boson Decays

Radovan Dermíšek|ArXiv.org|Jul 14, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、質量がWボソンに近い軽い電荷を帯びたヒッグス粒子（H±）が、主にW*と軽いCP奇性ヒッグス（A）に崩壊することで、LEPで観測されたW→τνの分岐比における2.8σの過剰を説明できると提唱している。このモデルは、mA ≪ mW かつ tanβ ≤ 2.5 であるMSSMに類似した状況と整合しており、H±→W*A崩壊が支配的であるため、H±→τν分岐比が自然に抑制され、LEPおよびテバトロンの制約を回避しながら、W崩壊におけるレプトン普遍性の破れを説明できる。

ABSTRACT

We study the effect of a light charged Higgs appearing in supersymmetric models containing two Higgs doublets on the measurement of leptonic branching ratios of the W boson at LEP. We show that the $2.8 σ$ excess of the branching ratio $W o τν$ with respect to the other leptons correlates well with the existence of charged Higgs with mass close to the mass of the W boson which dominantly decays into $W^\star$ and a light CP odd Higgs boson $A$ with mass below $2m_b$, so that it decays into $τ^+ τ^-$ and $c \bar c$. There are no searches for the charged Higgs in this channel and thus it could be discovered in LEP data or at the Tevatron where it would be frequently produced in top quark decays.

研究の動機と目的

• LEPで観測されたW→τν崩壊におけるレプトン普遍性からの2.8σのずれを説明すること。このずれは、W→eν や W→μν と比較して分岐比が高くなっている。
• 実験的制約を回避しながら観測されたW崩壊の異常を説明できる、超対称モデルにおける有効なメカニズムを同定すること。
• 質量mA < 2mb である軽いCP奇性ヒッグス（A）が、質量がmWに近い電荷を帯びたヒッグス（H±）が主にW*Aに崩壊するのを可能にする役割を明らかにすること。
• このような状況が、LEPのデータを説明しつつ、レプトン普遍性が成り立つテバトロンの測定結果とも整合することを示すこと。
• このH±がLEPまたはテバトロンで、W*Aへの崩壊およびその後のA→τ+τ− または A→c¯c への崩壊によって発見可能である可能性を強調すること。

提案手法

• 電荷を帯びたヒッグス（H±）とフェルミオンへの結合を記述するため、2つのヘキサッドブレットを用いたMSSMフレームワークを用いる。これらの結合はフェルミオンの質量に比例する。
• mH± ≈ √(mW² + mA² − Δ′) の関係を適用し、mH± ≈ mW であるためには mA ≪ mW である必要があることを示す。
• H± → W*A の崩壊モードを分析し、A → τ+τ− または c¯c に崩壊することで、H± → τν の分岐比が抑制され、直接的なLEPおよびテバトロンの探索を回避できることを示す。
• W+W− および H+H− 生産断面積比を用いて、レプトン普遍性への有効寄与を Rτ/l = 2B(W→τν)/(B(W→eν)+B(W→μν)) として推定する。
• LEPの実験的分岐比データ（Rτ/l^exp = 1.073 ± 0.026）を用い、mH± ≈ 75–85 GeV かつ B(H±→τν) ≈ 20–60% のH±モデル予測と比較する。
• 許容パラメータ空間の物性的分析を実施し、B(H±→τν)=1 を仮定したLEPの制約に基づき、領域を除外。mA ≪ mW かつ tanβ ≤ 2.5 の領域が有効であると特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 質量がWボソンに近い軽い電荷を帯びたヒッグス粒子が、LEPで観測されたW→τν分岐比における2.8σの過剰を説明できるか？
• RQ2 そのような電荷を帯びたヒッグスが、τνへの顕著な結合を持つにもかかわらず、LEPおよびテバトロンの探索を回避できるか？
• RQ3 質量mA < 2mb である軽いCP奇性ヒッグス（A）が、H±→τν分岐比を抑制し、モデルの妥当性を高める役割を果たすか？
• RQ4 なぜテバトロンのW→τν測定はレプトン普遍性と一致するが、LEPでは一致しないのか？これは1つの新しい物理メカニズムで説明可能か？
• RQ5 この状況は、電弱精度制約およびフラバー破れ制約を満たすMSSMに類似したモデルで自然に実現可能か？

主な発見

• 質量75–85 GeV、B(H±→τν) ≈ 20–60% の電荷を帯びたヒッグスは、LEPで観測されたW→τν分岐比における2.8σのずれを説明できる。
• 支配的崩壊モード H± → W*A（A → τ+τ− または c¯c）により、H±→τνの分岐比が抑制され、直接的なLEPおよびテバトロンの探索を回避できる。
• この状況は、m_A ≪ m_W かつ tanβ ≤ 2.5 の領域で最も妥当であり、この場合、軽いCP偶性ヒッグスhは標準模型に類似し、H±質量が自然にmWに近くなる。
• モデルは、完全にレプトン的最終状態に対して Rτ/l^l ≈ 1.073 を予測し、実験値と2.8σの範囲内で一致する。
• ハドロン的最終状態寄与（Rτ/l^h）は約1.07–1.10と推定されるが、W*A崩壊による複雑なイベントトポロジーのため、これは粗い近似である。
• パラメータ空間は既存の制約と整合しており、超対称的フレームワーク内で、LEPの異常を説明する説得力があり、物性的に妥当な解釈を提供する。