[論文レビュー] Update of the 2HDM-III with a four-zero texture in the Yukawa matrices and phenomenology of the charged Higgs Boson

J. Hernández-Sánchez, Stefano Moretti+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 1, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、ヤウカ行列に四つのゼロのテクスチャーを持つ2HDM-IIIを再検討し、ヤウカ行列の非対角項に起因する大きなフレーバー違反型カップリングのおかげで、チャージャー ヒッグス ボソン $H^\pm$ が $cb$ 終状態へのブランチング比を最大90％まで高められることを示している。$\mathcal{Z}_2$ 対称性を持つモデルとは異なり、このシナリオでは $H^\pm c\bar{b}$ カップリングが顕著に増幅され、$H^\pm \to cb$ がLHC発見の鍵となるシグナチャーとなる。

ABSTRACT

We update the flavor-violating constraints on the charged Higgs sector of the 2-Higgs Doublet Model Type-III (2HDM-III), using a four-zero texture in the Yukawa matrices. We give a generic Lagrangian of the 2HDM-III. In order to show the relevance of the off-diagonal terms of such a texture, we utilize the main constraints from $B$-physics, $μ-e$ universality in $τ$ decays and the radiative decay $Z o b \bar{b}$ presented recently in arXiv:1212.6818 [hep-ph]. In particular, we show that the $H^- c \bar{b}$ coupling can be very large and very different with respect to 2HDMs with a flavor discrete symmetry (i.e., ${\mathcal{Z}}_2$). We also discuss the possible enhancements of the vertices $H^\pm W^\mp V$ ($V=Z, γ$) that arise at one-loop level.

研究の動機と目的

• ヤウカ行列に四つのゼロのテクスチャーを持つ2HDM-IIIモデルを再評価し、フレーバー違反型制約に焦点を当てる。
• 特に $H^\pm \to cb$ 衰退に寄与する大きな非対角ヤウカカップリングの物性的意味を評価する。
• 顕著な $\lambda_6, \lambda_7$ パラメータのおかげで、1ループレベルでの $H^\pm W^\mp V$ 項子（$V = Z, \gamma$）の増幅を調査する。
• 2HDM-IIIが $\mathcal{Z}_2$ 対称性を持つ他の2HDMバリアントと区別できる特徴的なシグナチャー（特に $H^\pm \to cb$）を同定する。
• $H^\pm$ のカップリングとブランチング比が最大化されるパラメータ領域を特定することで、将来のLHC探索を支援する。

提案手法

• 2つのヒッグスダブルレットとヤウカ行列に四つのゼロのテクスチャーを持つ一般的な2HDM-IIIラグランジュアンを構築し、ヤウカ行列がエルミートであると仮定する。
• 関係式 $Y_{ij}^{f} \propto \sqrt{m_i^f m_j^f} \chi_{ij}^{f}$ を用いて、非対角ヤウカカップリングをフェルミオン質量と次元のないパラメータ $\chi_{ij}^{f}$ で表現する。
• arXiv:1212.6818 に従い、$B$ 物理、$\tau$ 衰退における $\mu$-$e$ ユニバーサリティ、および放射過程 $Z \to b\bar{b}$ からの制約を適用してパラメータ空間を制限する。
• 有効ラグランジュアンと1ループ貢献を用いて、$H^\pm \to cb$、$cs$、$\tau\nu$、$W^\pm \gamma/Z$ の崩壊幅を計算する。
• $\lambda_6, \lambda_7$ パラメータを介した自己相互作用 $H^+H^-\phi^0$ が、$H^\pm \to W^\pm \gamma$ および $H^\pm \to W^\pm Z$ のブランチング比を増幅する役割を分析する。
• $\chi_{ij}^{f}$ の異なる設定下でのブランチング比比 $R_{sb} = \text{BR}(H^\pm \to cb)/\text{BR}(H^\pm \to cs)$ を比較し、モデル固有のシグナチャーを同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 四つのゼロのヤウカテクスチャーにおける非対角項は、2HDM-IIIにおける $H^\pm$ カップリングとブランチング比にどのように影響するか？
• RQ2 $H^\pm \to cb$ 衰退チャネルが2HDM-IIIで支配的になることは可能か？ どのような条件下でそれが実現されるか？
• RQ3 $\lambda_6, \lambda_7$ パラメータは、1ループで誘導される $H^\pm W^\mp V$ 項子にどのような影響を及えるか？
• RQ4 2HDM-IIIにおける $H^\pm \to cb$ ブランチング比は、$\mathcal{Z}_2$ 対称性を持つ2HDMとどのように異なるか？
• RQ5 $H^\pm \to cb$ がBR > 90％に達する可能性のある有効なパラメータ領域は何か？ そして、それらはどのようにLHCで探索可能か？

主な発見

• 四つのゼロのヤウカテクスチャーを持つ2HDM-IIIでは、$Y_{ij} \gg X_{ij}, Z_{ij}$ の場合、$\sqrt{m_t m_c} \chi_{23}^u$ 項の寄与が顕著になるため、$H^\pm \to cb$ のブランチング比は最大90％に達する。
• $Y \gg X,Z$ の場合、比 $R_{sb} = \text{BR}(H^\pm \to cb)/\text{BR}(H^\pm \to cs) \sim |V_{tb}|^2 / |V_{ts}|^2 \approx 10$ となり、$H^\pm \to cb$ 衰退が支配的になる。
• $X \gg Y,Z$ の場合、比 $R_{sb} \sim |V_{cs}|^2 / |V_{cb}|^2 \approx 0.1$ または $R_{sb} \sim m_b^2 |V_{cb}|^2 / (m_s^2 |V_{cs}|^2) \approx 100$ （$\chi_{ij}^d$ が負で $O(1)$ の場合）となり、2つの明確に異なる特異なシナリオが得られる。
• $\lambda_6, \lambda_7$ パラメータが顕著に大きい場合、$H^\pm \to W^\pm \gamma$ と $H^\pm \to W^\pm Z$ の1ループ貢献によるブランチング比はそれぞれ $10^{-4}$ から $10^{-3}$、$10^{-3}$ から $10^{-2}$ に達する。
• $H^\pm c\bar{b}$ カップリングは、$\mathcal{Z}_2$ 対称性を持つ2HDMと比較して顕著に大きくなるため、2HDM-IIIでは $H^\pm \to cb$ が特徴的かつ支配的な崩壊モードとなる。
• $m_{H^\pm} < m_t - m_b$ の場合、$H^\pm$ は効果的にレプトファブである（$\text{BR}(H^\pm \to \tau\nu) \ll 1\%$）ことが可能で、$H^\pm \to cb$ と $H^\pm \to cs$ が支配的になる。