[논문 리뷰] $b ightarrow s \gamma$ and $\epsilon_b$ Constraints on Two Higgs Doublet Model

Gye T. Park|arXiv (Cornell University)|1993. 11. 02.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 최신 실험 데이터를 활용하여 두 힉스 두중체 모형(2HDM)의 제약 조건을 분석한다: CLEO II의 희귀 붕괴 $B \to s\gamma$에 대한 한계와 LEP에서의 $\epsilon_b$ 측정치. 분석 결과, $\tan\beta \lesssim 1$일 경우 $\epsilon_b$ 제약 조건이 $B \to s\gamma$보다 더 강력한 제약을 제공함을 확인하였으며, 특히 $m_t = 150\,\text{GeV}$일 때 그러한 경향이 두드러진다. 또한 두 제약 조건은 상호보완적이며, 임의의 양성 힉스 보존 영역의 타당한 매개변수 공간을 크게 좁혀낸다.

ABSTRACT

We perform a combined analysis of two stringent constraints on the 2 Higgs doublet model, one coming from the recently announced CLEO II bound on $B(b \ ightarrow s \\gamma)$ and the other from the recent LEP data on $\\epsilon_b$. We have included one-loop vertex corrections to $Z \ ightarrow b \\overline b$ through $\\epsilon_b$ in the model. We find that the new $\\epsilon_b$ constraint excludes most of the less appealing window $\ an\\beta\\lsim 1$ at $90\\%$C.~L. for $m_t=150\\GeV$. We also find that although $b \ ightarrow s \\gamma$ constraint is stronger for $\ an\\beta>1$, $\\epsilon_b$ constraint is stronger for $\ an\\beta\\lsim 1$, and therefore these two are the strongest and complimentary constraints present in the charged Higgs sector of the model.

연구 동기 및 목표

• 최신 실험 제약 조건이 두 힉스 두중체 모형(2HDM)에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• CLEO II의 $B \to s\gamma$에 대한 제약 조건과 LEP의 $\epsilon_b$ 데이터가 2HDM 매개변수 공간에 미치는 통합적 영향을 평가하기 위해.
• 다양한 $\tan\beta$ 값에 대해 $B \to s\gamma$와 $\epsilon_b$ 중 어느 제약 조건이 더 엄격한지 판단하기 위해.
• 1-loop 정점 보정이 $Z \to b\bar{b}$에 미치는 영향이 $\epsilon_b$ 제약 조건의 형태를 어떻게 결정짓는지 분석하기 위해.
• 두 제약 조건이 모두 필요로 하는 매개변수 공간의 상호보완적 영역을 규명하기 위해.

제안 방법

• 모형은 $Z \to b\bar{b}$의 1-loop 정점 보정을 $\epsilon_b$ 매개변수를 통해 포함하며, 이는 $Z$ 보손이 바텀 쿼크와의 결합을 반영한다.
• 모형은 $\tan\beta$와 $m_{H^\pm}$에 민감한 $B \to s\gamma$의 루프 다이어그램을 통해 양성 힉스 보존 기여를 포함한다.
• 분석은 $m_t = 150\,\text{GeV}$에서 수행되며, 배제 한계는 90% 신뢰 수준(C.L.)을 기준으로 한다.
• $\epsilon_b$ 제약 조건은 $Z$ 보손 붕괴 이심도 측정치에서 유래되며, $\tan\beta$에 의존하는 보정에 민감하다.
• 통합 분석은 다양한 $\tan\beta$ 값에서 $B \to s\gamma$와 $\epsilon_b$ 제약 조건의 강도를 비교한다.
• 연구는 유형 II 양성 힉스 쿼크 결합을 가진 2HDM 프레임워크를 사용하며, 주로 양성 힉스 보존 영역을 중심으로 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CLEO II의 $B \to s\gamma$에 대한 제약 조건과 LEP의 $\epsilon_b$ 데이터가 함께 두 힉스 두중체 모형을 어떻게 제약하는가?
• RQ2 특히 $m_t = 150\,\text{GeV}$에서 $\tan\beta \lesssim 1$일 경우, $B \to s\gamma$와 $\epsilon_b$ 중 어느 제약 조건이 더 엄격한가?
• RQ3 어떤 $\tan\beta$ 영역에서 $B \to s\gamma$와 $\epsilon_b$ 제약 조건이 상호보완적이며 중복되지 않는가?
• RQ4 1-loop 정점 보정이 2HDM에서 $\epsilon_b$ 제약 조건에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 $\tan\beta$의 값이 양성 힉스 보존 영역에서 두 제약 조건의 상대적 강도에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• $\epsilon_b$ 제약 조건은 $m_t = 150\,\text{GeV}$에서 $\tan\beta \lesssim 1$ 영역의 대부분을 90% 신뢰 수준에서 배제한다.
• $\tan\beta > 1$일 경우 $B \to s\gamma$ 제약 조건이 $\epsilon_b$보다 더 강력하다.
• $\tan\beta \lesssim 1$일 경우 $\epsilon_b$ 제약 조건이 $B \to s\gamma$보다 더 강력하여 주요 제약 조건이 된다.
• 두 제약 조건은 상호보완적이며, $\tan\beta$ 전역 범위에서 서로를 완전히 대체하지 못한다.
• $Z \to b\bar{b}$의 1-loop 정점 보정을 포함함으로써 $\epsilon_b$ 제약 조건의 민감도가 크게 향상된다.
• 통합된 제약 조건은 2HDM의 양성 힉스 보존 영역에서 타당한 매개변수 공간을 강력히 제한한다.