[論文レビュー] Radiative dileptonic decays of B-meson in the general two Higgs doublet model

G. Erkol, G. Turan|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、一般の2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM-III）において、中性ヒッグスボソンの交換によるCP対称性の破れ効果に注目し、放射性二レプトン崩壊（B→γℓ⁺ℓ⁻）を調査している。フォワードバックワード非対称性（A_FB）およびCP非対称性（A_CP、A_CP(A_FB)）は、ヤウカワカップリング比に応じてO(10⁻¹)からO(10⁻²)の大きさに達することが判明し、モデルのパラメータおよびτレプトンのカップリングに強く依存する。

ABSTRACT

We investigate the exclusive $B o γ\ell^+ \ell^- $ decay in the general two Higgs doublet model (model III) including the neutral Higgs boson effects with an emphasis on possible CP-violating effects. For this decay, we analyse the dependencies of the forward-backward asymmetry of the lepton pair, $A_{FB}$, CP-violating asymmetry, $A_{CP}$, and the CP-violating asymmetry in forward-backward asymmetry, $A_{CP}(A_{FB})$, on the model parameters and also on the neutral Higgs boson effects. We have found that $A_{FB}\sim 10^{-1}, 10^{-2}$, $A_{CP}\sim 10^{-2}, 10^{-1}$ and $A_{CP}(A_{FB}) \sim 10^{-2}, 10^{-1}$ depending on the relative magnitude of the Yukawa couplings $\barξ_{N,tt}^{U}$ and $\barξ_{N,bb}^{D}$ in the model III. We also observe that these physical quantities are sensitive to the model parameters and neutral Higgs boson effects are quite sizable for some values of the coupling $\barξ_{N,ττ}^{D}$.

研究の動機と目的

• 一般の2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM-III）における放射性二レプトン崩壊B→γℓ⁺ℓ⁻を調査し、特に中性ヒッグスボソンの寄与に注目する。
• モデルIIIにおける複素ヤウカワカップリングに起因するCP対称性の破れ効果を分析し、標準模型（SM）を超えるCP対称性の破れの新たな源を提供する。
• フォワードバックワード非対称性（A_FB）、CP非対称性（A_CP）、およびフォワードバックワード非対称性におけるCP非対称性（A_CP(A_FB)）がモデルパラメータおよびヒッグス交換効果にどのように依存するかを定量的に評価する。
• τレプトンのヤウカワカップリングおよび質量比m_h⁰/m_A⁰が観測量に与える影響を評価する。特に、大きなtanβの文脈において注目する。
• CP位相sinθ、ヤウカワカップリング、ヒッグス質量比を関数とする非対称性の包括的な数値的解析を提供する。

提案手法

• クォークレベルでのb→sγℓ⁺ℓ⁻の主要オーダーQCD補正付き有効ハミルトニアンを導出し、2HDM-IIIにおける中性ヒッグスボソン（h⁰、A⁰）の寄与を含む。
• フォーム因子およびウィルソン係数を用いて、排他的なB→γℓ⁺ℓ⁻崩壊の行列要素を計算し、標準模型（SM）および2HDM-IIIの両方の寄与を統合する。
• 二レプトンの不変質量q²の関数として、レプトン対のフォワードバックワード非対称性（A_FB）を計算する。
• 虚数部を用いたウィルソン係数および干渉項を用いて、CP対称性の破れ非対称性（A_CP）およびフォワードバックワード非対称性におけるCP非対称性（A_CP(A_FB)）を定義し、計算する。
• ヤウカワカップリング（ξ̄_N,tt^U、ξ̄_N,bb^D、ξ̄_N,ττ^D）、CP位相sinθ、ヒッグス質量比に依存するパラメータ関数A₁、A₂、B₁、B₂、F₁、F₂を用いた数値的解析を実施する。
• ウィルソン係数C₉^{2HDM}、C₇^{eff}を用いた有効ハミルトニアン形式を用い、チアコニウム状態（ψ_i）からの共鳴寄与をY_reson(s)関数で含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2HDM-IIIにおける中性ヒッグスボソンの交換は、B→γℓ⁺ℓ⁻崩壊におけるフォワードバックワード非対称性（A_FB）にどのように影響するか？
• RQ2 2HDM-IIIにおいて、CP位相sinθおよびヤウカワカップリング比に応じて、CP対称性の破れ非対称性（A_CPおよびA_CP(A_FB)）の大きさと依存性はどの程度か？
• RQ3 A_FB、A_CP、A_CP(A_FB)の非対称性は、τレプトンのヤウカワカップリングξ̄_N,ττ^Dおよび質量比m_h⁰/m_A⁰の値にどの程度敏感か？
• RQ4 モデルIIIにおける複素ヤウカワカップリングにより、標準模型の源を超えて、B→γℓ⁺ℓ⁻崩壊で顕著なCP対称性の破れ効果が生成可能か？
• RQ5 特にτレプトンの最終状態において、中性ヒッグス寄与が非対称性をどの程度増幅させるか？

主な発見

• フォワードバックワード非対称性A_FBは、ヤウカワカップリングξ̄_N,tt^Uとξ̄_N,bb^Dの相対的な大きさに応じて、O(10⁻¹)からO(10⁻²)の値に達する。
• CP対称性の破れ非対称性A_CPは最大で10⁻¹から10⁻²に達する可能性があり、2HDM-IIIにおける新しい物理の測定可能な信号である可能性を示唆する。
• フォワードバックワード非対称性におけるCP非対称性A_CP(A_FB)もO(10⁻¹)からO(10⁻²)に達し、モデルパラメータおよびヒッグス交換効果に強く敏感であることが示された。
• 中性ヒッグスボソンの寄与は、特にτレプトンの最終状態において顕著であり、ヤウカワカップリングξ̄_N,ττ^Dが大きい場合には顕著である。
• 観測量A_FB、A_CP、A_CP(A_FB)はCP位相sinθおよび比m_h⁰/m_A⁰に強く依存しており、新しいCP対称性の破れ位相のプローブとしての可能性を示している。
• 結果は、τモードの崩壊B→γτ⁺τ⁻が2HDM-IIIにおける新しい物理効果に対して特に感受性が高く、大きなtanβにおいて中性ヒッグス交換による顕著な寄与が得られることを示している。