[논문 리뷰] Analysis of the quark sector in the 2HDM-III with a four-zero Yukawa texture using the most recent data on the CKM matrix

O. Félix-Beltrán, F. González-Canales외 4명|arXiv (Cornell University)|2013. 11. 20.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 37인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 최신 CKM 행렬 데이터를 사용하여 2HDM-III의 쿼크 섹터를 분석하고, 네 제로 요다 텍스처를 가진 4-제로 요다 텍스처를 사용하여 양자수행 행렬 매개변수를 제약 조건으로 설정하기 위해 χ²-피팅을 수행한다. 결과적으로 창과 샤어의 추측이 질량 행렬 불변량으로부터 자연스럽게 유도됨을 보이며, 다양한 tanβ 값과 양성자 히긴스 보존 질량(90–500 GeV)에서 허용 가능한 1σ 범위를 도출한다.

ABSTRACT

In this letter we analyse, in the context of the general 2-Higgs Doublet Model, the structure of the Yukawa matrices, $\widetilde{ \bf Y}_{ _{1,2} }^{q}$, by assuming a four-zero texture ansatz for their definition. In this framework, we obtain compact expressions for $\widetilde{ \bf Y}_{ _{1,2} }^{q}$, which are reduced to the Cheng and Sher ansatz with the difference that they are obtained naturally as a direct consequence of the invariants of the fermion mass matrices. Furthermore, in order to avoid large flavour violating effects coming from charged Higgs exchange, we consider the main flavour constraints on the off-diagonal terms of Yukawa texture {{$\left( \widetildeχ_{j}^q ight)_{kl}$}} ($k eq l$). We perform a $χ^2$-fit based on current experimental data on the quark masses and the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa mixing matrix ${ \bf V}_{ m CKM }$. Hence, we obtain the allowed ranges for the parameters $\widetilde{ \bf Y}_{ _{1,2} }^{q}$ at 1$σ$ for several values of $ an β$. The results are in complete agreement with the bounds obtained taking into account constraints on Flavour Changing Neutral Currents reported in the literature.

연구 동기 및 목표

• 최신 CKM 행렬 데이터를 사용하여 2HDM-III의 쿼크 섹터를 분석한다.
• 색조 변화 중성미온류(FCNC)를 억제하는 요다 행렬 매개변수에 대한 제약 조건을 유도한다.
• 창과 샤어의 추측이 페르미온 질량 행렬 불변량으로부터 자연스럽게 유도됨을 보여준다.
• tanβ와 양성자 히긴스 질량 변화를 고려하여 1σ 범위에서 대각 요다 텍스처 매개변수에 대한 허용 가능한 범위를 결정하기 위해 χ²-피팅을 수행한다.
• 2HDM-III에서 네 제로 텍스처를 가진 수치 분석에 더 구현 가능한 매개변수화 방법을 제공한다.

제안 방법

• 2HDM-III 프레임워크 내에서 요다 행렬 $\widetilde{\mathbf{Y}}_{1,2}^{q}$ 에 대해 네 제로 텍스처 추측을 가정한다.
• 이중단위 대각화를 사용하여 요다 행렬을 물리적 쿼크 질량과 CKM 행렬과 연결한다.
• 쿼크 질량과 CKM 행렬 원소에 대한 실험 데이터를 바탕으로 χ²-피팅을 수행하여 요다 텍스처 $\widetilde{\chi}_{j}^{q}$ 의 비대칭 항과 대각 항을 제약 조건으로 설정한다.
• 색조 변화 중성미온류(FCNC) 억제 조건을 만족시키기 위해 비대칭 항을 고정하고, 대각 항 $\left(\widetilde{\chi}_{2}^{q}\right)_{kk}$ 에 집중한다.
• tanβ를 2에서 90까지, $m_{H^\pm}$ 를 90에서 500 GeV까지 변화시키며, 대각 매개변수에 대한 90% 신뢰수준 허용 영역을 계산한다.
• 기존의 FCNC 제약 조건과의 일치성을 검증하고 문헌과의 일관성을 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2HDM-III에서 네 제로 요다 텍스처가 질량 행렬 불변량을 통해 창과 샤어의 추측을 자연스럽게 재현하는가?
• RQ2 현재의 CKM 및 쿼크 질량 데이터를 바탕으로, $\left(\widetilde{\chi}_{2}^{q}\right)_{kk}$ 의 대각 요소에 대한 허용 가능한 1σ 범위는 무엇인가?
• RQ3 2HDM-III에서 네 제로 텍스처를 가진 경우, 요다 매개변수에 대한 제약 조건은 tanβ와 $m_{H^\pm}$ 에 어떻게 의존하는가?
• RQ4 유도된 매개변수 범위는 기존의 FCNC에 대한 색조 물리 제약 조건과 일치하는가?
• RQ5 제안된 매개변수화 방법은 2HDM-III에서 수치 연구에 더 실용적인 대안이 될 수 있는가?

주요 결과

• 창과 샤어의 추측은 추가적인 가정 없이도 페르미온 질량 행렬 불변량의 결과로서 자연스럽게 유도된다.
• χ²-피팅을 통해 tanβ = 2, 6, 15, 30일 때 $\left(\widetilde{\chi}_{2}^{q}\right)_{kk}$ 매개변수에 대한 90% 신뢰수준 허용 범위를 도출하였으며, $m_{H^\pm} \in (90, 500)$ GeV 범위 내에서 성립한다.
• tanβ = 30일 때, $\left(\widetilde{\chi}_{2}^{u}\right)_{33}$ 의 허용 범위는 $[1.06, 7.2]$ 이고, $\left(\chi_{2}^{d}\right)_{33}$ 는 $[0.02, 1.0]$ 이며, 이는 제3세대 쿠퍼링의 상당한 억제를 나타낸다.
• tanβ = 30일 때, 피팅에 대한 χ² 값은 상형 쿼크의 경우 1.38, 하형 쿼크의 경우 0.78로 실험 데이터와 양호한 일치를 보인다.
• 결과는 문헌에 기록된 FCNC 제약 조건과 완전히 일치하며, 접근 방식의 타당성을 검증한다.
• 제안된 매개변수화 방법은 향후 2HDM-III에서 네 제로 텍스처를 가진 수치 연구에 더 실용적이고 구현 가능한 대안으로 권장된다.