[논문 리뷰] B->tau nu in multi-Higgs models with MFV

G. Blankenburg, Gino Isidori|arXiv (Cornell University)|2011. 07. 06.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 19인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 최소 flavor 위반(MFV) 가정 하에 두 히iggs 두중체 모형(2HDM)에서 B →τν 붕괴 분획율의 향상 가능성을 조사한다. Peccei-Quinn 대칭 깨짐 항목이 1/tanβ 정도이고 tanβ가 크며, SM과 새로운 물리학 진폭 간의 강화 간섭이 발생하고 K→μν, B→Xsγ, Bs→μ+μ− 제약 조건을 만족할 경우, 무거운 쿼크형 히iggs 보손(mH ~ 1 TeV)이 존재하더라도 표준모형(SM) 예측 대비 약 50%의 증가가 가능하다.

ABSTRACT

We analyse the $B ightarrow au u$ decay in a generic two-Higgs doublet model satisfying the MFV hypothesis. In particular, we analyse under which conditions $\BR(B ightarrow au u)$ can be substantially enhanced over its SM value, taking into account the constraints of $K ightarrow \mu u$, $B ightarrow X_s \gamma$, and $B_s ightarrow \mu^+ \mu^-$. We find that for large $ an\beta$ values and Peccei-Quinn symmetry breaking terms of $\cO(1/ an\beta)$ a sizable ($\sim 50%$) enhancement of $\BR(B ightarrow au u)$ is possible, even for $m_H \sim 1$ TeV.

연구 동기 및 목표

• 두 히iggs 두중체 모형(Minimal Flavor Violation, MFV)에서 B →τν 붕괴 분획율이 표준모형(SM) 예측을 크게 초월할 수 있는지 조사하는 것.
• 기존의 저에너지 플레버 위반 제약 조건과 일치하면서도 이러한 증가를 가능하게 하는 특정 모형 매개변수와 대칭 깨짐 구조를 규명하는 것.
• MFV 프레임워크에서 B →τν 붕괴 진폭과 K →μν, B →Xsγ, Bs →μ+μ− 등의 다른 플레버 관측량 간의 상호작용을 탐색하는 것.

제안 방법

• 플레버 대칭 깨짐이 쿼크 요크하이 쿠플링을 통해만 발생하는 MFV 원칙에 따라 구조화된 일반적인 두 히iggs 두중체 모형(2HDM)을 구성한다.
• 쿼크 요크하이 쿠플링 행렬을 고차항으로 전개하여 정밀도를 높이기 위해 작은 매개변수 ϵi를 도입하여 정확한 U(1)PQ 대칭의 위반 정도를 매개변수화한다.
• 쿼크에 대한 온전한 히iggs 보손 쿠플링의 효과적 라그랑지안을 유도하며, 쿠플링의 플레버 구조가 ϵi 매개변수와 tanβ에 의존함을 보여준다.
• K→μν, B→Xsγ, Bs→μ+μ− 제약 조건을 적용하여 매개변수 공간(ϵ0, ϵ1, tanβ, mH)에 대한 전반적 수치적 스캔을 수행하고 타당한 영역을 식별한다.
• B →τν에서 SM과 새로운 물리학 진폭 간의 간섭 효과를 분석하여 증가를 이끌어내는 강화 간섭 조건을 규명한다.
• SM 대비 B(B→τν)의 비율인 RBτν = B(B→τν)/B(B→τν)SM을 주요 관측량으로 사용하여 SM에서의 이격 정도를 정량화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MFV를 가진 2HDM에서 어떤 조건에서 B →τν 분획율이 표준모형 예측을 크게 초월할 수 있는가?
• RQ2 K→μν, B→Xsγ, Bs→μ+μ− 제약 조건은 이러한 증가에 대한 매개변수 공간을 어떻게 제한하는가?
• RQ3 Peccei-Quinn 대칭 깨짐 항목과 tanβ는 B →τν에서의 강화 간섭을 가능하게 하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 B →τν에서 큰 증가가 다른 플레버 관측량에서 관측된 작은 이격과 일치할 수 있는가?
• RQ5 만약 B→τν 증가가 실현된다면, B(K→μν)의 향후 측정에 어떤 영향을 미칠 수 있는가?

주요 결과

• 2HDMMFV 프레임워크에서 mH ~ 1 TeV 조건 하에서도 B(B →τν)의 약 50% 증가가 가능하다.
• 이러한 증가는 ϵi tanβ가 약 1과 같을 때 요구되며, 이는 2HDM-II 또는 비틀림이 없는 U(1)PQ 대칭 한계에서의 상당한 이격을 의미한다.
• B →τν에서 SM과 쿼크형 히iggs 진폭 간의 강화 간섭이 증가에 필수적이며, 이는 1 + (ϵ0 + ϵ1)tanβ 분모가 억제될 때만 가능하다.
• ϵ2와 ϵ′0,2에 대한 정밀조정이 필요하지 않더라도 강화 간섭 영역은 밀집해 있으며, ϵ0 ≈ -1 근처에 해가 없는 것은 K→μν 제약 조건 때문이지만, 이는 해가 존재하지 않는 영역이 아님을 의미한다.
• 증가의 가장 유망한 시나리오는 ϵ0와 ϵ1이 분모를 억제하도록 조정되는 경우이며, 특히 mH가 클 경우 새로운 물리학 진폭이 SM 수준을 유지하기 위해 정밀조정이 필요하다.
• B(K→μν)의 정밀도 향상은 이 모형을 시험하는 강력한 수단가 될 수 있으며, 이 프레임워크에서 B(B→τν)와 강하게 연관되기 때문이다.