[논문 리뷰] 2HDM(II) radiative corrections in leptonic tau decays

M. Krawczyk, David Temes|arXiv (Cornell University)|2004. 10. 18.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 CP를 보존하는 2HDM(II)에서 렙톤 타우 붕괴의 1-루프 반사(corrective) 보정을 계산하며, 특히 큰 tanβ에서 중성 및 초전하 보손을 포함한 루프 기여가 나무 수준의 H⁺ 교환보다 지배적임을 보여준다. 주요 결과는 tanβ에 대한 새로운, 상당히 다른 $M_{H^+}$의 하한 제약이며, $M_{H^\pm}$에 대한 추가 상한 제약도 존재하며, 무거운, 디제너레이트인 힉스 보손을 가진 SM 유사 h 상황에서는 루프 보정이 사라진다.

ABSTRACT

The one-loop contributions to the branching ratios for leptonic tau decays are calculated in the CP conserving 2HDM(II). We found that these one-loop contributions, involving both neutral and charged Higgs bosons, dominate over the tree level H^+ exchange, the latter one being totally negligible for the decay into electrons. The analysis is focused on large tanbeta enhanced contributions to the considered branching ratios and we derive a simple analytical expression for one-loop contribution in this case. The leptonic branching ratios of tau have a large potential of constraining parameters of the model, being complementary to direct searches through Higgsstrahlung processes for h(H), and provide upper limits on Yukawa couplings for both light h and light A scenarios. In this work, we derive new lower limit on mass of $M_{H^+}$ as a function of tanbeta which differs significantly from what was considered as standard constraint based on the tree H^+ exchange only. Interestingly we obtain also an upper limit on $M_{H^\\pm}$. For a SM-like h scenario, with heavy and degenerate additional Higgs bosons, one-loop corrections disappear.

연구 동기 및 목표

• CP를 보존하는 2HDM(II) 프레임워크 내에서 렙톤 타우 붕괴의 1-루프 반사 보정을 분석하기 위해.
• 특히 큰 tanβ 영역에서 나무 수준의 H⁺ 교환보다 루프 기여가 지배적임을 평가하기 위해.
• 큰 tanβ 근사에서의 1-루프 기여에 대한 해석적 표현을 유도하기 위해.
• 렙톤 붕괴 분율을 이용해 $M_{H^+}$와 양자수축 상수에 대한 새로운 제약를 수립하기 위해.
• 모델 제약를 분석하는 데 있어 타우 붕괴 측정치와 직접적인 힉스 생성 탐색 간의 상호보완성을 탐색하기 위해.

제안 방법

• CP 보존을 가진 2HDM(II)에서 1-루프 양자장 이론 계산을 수행하기 위해.
• 루프 다이어그램의 해석적 단순화를 통해 큰 tanβ에서의 기여가 붕괴 분율에 미치는 영향을 집중적으로 다루기 위해.
• 루프 보정에 중성 및 초전하 보손의 교환을 모두 포함하기 위해.
• 큰 tanβ 근사에서 1-루프 진폭에 대한 단순화된 해석적 표현을 유도하기 위해.
• 1-루프 기여가 나무 수준의 H⁺ 교환 기여보다 지배적인지 평가하기 위해 기여의 크기를 비교하기 위해.
• 분석에 사용된 렙톤 붕괴 분율을 제약 조건으로 삼아 $M_{H^+}$와 양자수축 상수에 대한 제약를 유도하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중성 및 초전하 보손을 포함한 1-루프 기여는 2HDM(II)에서 렙톤 타우 붕괴의 붕괴 분율에 나무 수준의 H⁺ 교환에 비해 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 큰 tanβ 근사에서 지배적인 1-루프 기여의 해석적 형태는 무엇인가?
• RQ3 렙톤 붕괴 분율은 2HDM(II)에서 가벼운 h 및 A 보손의 양자수축 상수에 어떻게 제약를 가하는가?
• RQ4 1-루프 보정을 통해 유도된 $M_{H^+}$의 재정비된 하한 제약는 기존의 나무 수준 제약와 어떻게 다를까?
• RQ5 무거운, 디제너레이트인 추가 힉스 보손을 가진 SM 유사 h 상황에서는 1-루프 기여가 사라지는가?

주요 결과

• 중성 및 초전하 보손을 포함한 1-루프 기여는 특히 큰 tanβ에서 렙톤 타우 붕괴에서 나무 수준의 H⁺ 교환보다 지배적이다.
• 타우 → 전자 뉴트리노 뉴트리노 붕괴 모드에서는 나무 수준의 H⁺ 교환 기여가 무시할 만큼 작다.
• 큰 tanβ 근사에서 1-루프 진폭에 대한 새로운 해석적 표현이 도출되었다.
• 렙톤 붕괴 분율은 가벼운 h 및 가벼운 A 상황에서의 모든 양자수축 상수에 상한 제약를 제공한다.
• tanβ에 대한 새로운, 상당히 다른 $M_{H^+}$의 하한 제약가 유도되었으며, 기존의 나무 수준 제약와 다름을 보였다.
• 모델의 비정상적인 제약를 반영하는 $M_{H^\pm}$에 대한 상한 제약가 발견되었다.
• 무거운, 디제너레이트인 추가 힉스 보손을 가진 SM 유사 h 상황에서는 1-루프 보정이 사라진다.