[論文レビュー] Off-diagonal terms in Yukawa textures of the Type-III 2-Higgs doublet model and light charged Higgs boson phenomenology

J. Hernández-Sánchez, Stefano Moretti+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 31, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 77被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、四つのゼロを有するヤクバ型テクスチャーを有するタイプ-III 2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM-III）を検討し、非対角項が軽いcharged Higgs ボソン（$H^\to$）を許容し、主に$H^\to c\bar{b}$の衰え方を示す。$B$物理学の制約が厳しくとも、モデルは大きな$H^\to c\bar{b}$結合を許容し、特に14 TeVで、$c\bar{b} \to H^\to \to \tau^+\nu$および$t \to bH^\to$生成を通じてLHCでの発見可能性が顕著になる。

ABSTRACT

We discuss flavor-violating constraints and consequently possible charged Higgs boson phenomenology emerging from a four-zero Yukawa texture embedded within the Type-III 2-Higgs Doublet Model (2HDM-III). Firstly, we show in detail how we can obtain several kinds of 2HDMs when some parameters in the Yukawa texture are absent. Secondly, we present a comprehensive study of the main B-physics constraints on such parameters induced by flavor-changing processes, in particular on the off-diagonal terms of such a texture: i.e., from $μ-e$ universality in $τ$ decays, several leptonic B-decays ($B o τν$, $D o μν$ and $D_s o {l} ν$), the semi-leptonic transition $B o D τν$, plus $B o X_s γ$, including $B^0-\bar B^0$ mixing, $B_s o μ^+ μ^-$ and the radiative decay $Z o b \bar{b}$. Thirdly, having selected the surviving 2HDM-III parameter space, we show that the $H^- c \bar{b}$ coupling can be very large over sizable expanses of it, in fact, a very different situation with respect to 2HDMs with a flavor discrete symmetry (i.e., ${\mathcal{Z}}_2$) and very similar to the case of the Aligned-2HDM (A2HDM) as well as of models with three or more Higgs doublets. Fourthly, we study in detail the ensuing $H^\pm$ phenomenology at the Large Hadron Collider (LHC), chiefly the $c\bar b o H^+$ production mode and the $H^+ o c\bar b$ decay channel while assuming $τ^+ν_τ$ decays in the former and $t o bH^+$ production in the latter, showing that significant scope exists in both cases.

研究の動機と目的

• 四つのゼロテクスチャーを有するタイプ-III 2HDMにおける非対角ヤクバ項のフラバー非保存制約を分析すること。
• 2HDM-IIIモデルの有効なパラメータ空間を$B$物理学の観測量からの制約を課した上で特定すること。
• 生存するパラメータ空間における軽いcharged Higgs ボソン（$H^\to$）の素粒子物理学的性質を調査すること。
• LHCにおける$H^\to$の発見可能性を、$c\bar{b}$融合およびトップクォーク崩壊モードを通じて評価すること。
• 2HDM-IIIにおける$H^\to c\bar{b}$結合強度が、他の2HDMバージョンおよび多ヒッグスモデルと比較してどのように異なるかを検討すること。

提案手法

• 四つのゼロテクスチャーを有するタイプ-III 2HDMにおけるヤクバラグランジアンの一般形を導出。フラバー構造をモデル化するため、$g_{ij} \propto \sqrt{m_i m_j} \chi_{ij}$ を仮定。
• $B$物理学の制約（フラバー保存および非保存）を適用：$\tau$の$\mu$-$e$ユニバーサリティ、$B \to \tau\nu$、$D \to \mu\nu$、$D_s \to l\nu$、$B \to D\tau\nu$、$B \to X_s\gamma$、$B^0$-$\bar{B}^0$混合、$B_s \to \mu^+\mu^-$、$Z \to b\bar{b}$。
• 実験データに一致するようにモデルパラメータのグローバルフィットを実施し、有効なパラメータ空間領域を同定。
• 生存するパラメータ空間における$H^\to c\bar{b}$結合強度を評価。その結果、90%に達するBrが可能であることが判明。
• $c\bar{b} \to H^\to \to \tau^+\nu$および$t \to bH^\to \to c\bar{b}$生成のLHCシミュレーションを実施。光度依存の信号の有意水準を計算。
• $\sqrt{s} = 8$および$14$ TeVにおける有意水準$S/\sqrt{B}$を評価。$\tau$レプトン識別効率を含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 四つのゼロテクスチャーにおける非対角ヤクバ項は、タイプ-III 2HDMにおけるフラバー変換過程にどのように影響を与えるか？
• RQ2 2HDM-IIIに四つのゼロヤクバ型テクスチャーを導入した場合、どの$B$物理学の観測量がパラメータ空間を最も強く制約するか？
• RQ3 2HDM-IIIにおける軽いcharged Higgs ボソンが、すべての$B$物理学の制約を満たしつつ、$H^\to c\bar{b}$崩壊モードを支配的に行えるか？
• RQ4 LHCにおける$c\bar{b}$融合およびトップクォーク崩壊を通じた$H^\to$の発見可能性はどの程度か？また、どの光度で発見が達成可能か？
• RQ5 2HDM-IIIにおける$H^\to c\bar{b}$結合強度は、${\mathcal{Z}}_2$対称2HDMやアライメント型または多ヒッグスモデルと比較してどう異なるか？

主な発見

• 四つのゼロヤクバ型テクスチャーを有する2HDM-IIIでは、$H^\to c\bar{b}$のブランチ比が最大90%に達する軽いcharged Higgs ボソンを許容し、${\mathcal{Z}}_2$対称モデルと比較して顕著に大きい。
• $B \to X_s\gamma$、$B^0$-$\bar{B}^0$混合、$B_s \to \mu^+\mu^-$など、厳密な$B$物理学の制約を受けても、依然として広いパラメータ空間領域が有効である。
• 2HDM-IIIにおける$H^\to c\bar{b}$結合は、アライメント型2HDMや3つ以上のヒッグスダブルレットを持つモデルと同等であり、強力な生成および崩壊信号をもたらす。
• $H^\to$の質量が80、120、160 GeVの場合、$c\bar{b} \to H^\to \to \tau^+\nu$信号の有意水準は、8 TeVおよび14 TeVの両LHC運転で、それぞれ2、3、5に達する。
• $c\bar{b}$融合による$H^\to$の発見は、8 TeVでも可能であり、14 TeVでは完全にカバー可能である。ただし、$m_{H^\to} \geq 120$ GeVであり、$b$タギングが適用される必要がある。
• $t \to bH^\to$崩壊モードは、$H^\to$崩壊生成物の$b$タギングにより、小さなブランチ比に対しても感度が向上し、$b$タギングを用いない現在のLHC探索を上回る。