[논문 리뷰] FCNC top quark decays beyond the Standard Model

Santi Béjar, Jaume Guasch외 1명|ArXiv.org|2001. 01. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 표준모형을 초월한 맛이 변화하는 중성미자 전이(FCNC) 탑 쿼크 붕괴가 힉스 보손으로 일어날 수 있는지 조사하며, 특히 H⁰, h⁰, 또는 A⁰ 최종 상태에서 MSSM 및 일반적인 이중 힉스 두르드 모형(2HDM)에서 검출 가능한 분해율(~10⁻⁴)에 이를 수 있음을 보여준다. 연구는 운동량 및 질량 상관관계 서명을 통해 MSSM과 비-SUSY 2HDM 시나리오를 구별할 수 있는 다수의 힉스 붕괴 채널 관측이 가능하다는 점을 입증한다.

ABSTRACT

Flavor Changing Neutral Current decays of the top quark within the strict context of the Standard Model are known to be extremely rare. In fact, they are hopelessly undetectable at the Tevatron, LHC and LC in any of their scheduled upgradings. Therefore, if a few of these events eventually show up in the future we will have certainly discovered new physics. We argue that this could well be the case for the LHC and the LC both within the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) and in a general two-Higgs-doublet model (2HDM), especially if we look for FCNC top quark decays into Higgs bosons.

연구 동기 및 목표

• 미래의 충돌기인 LHC와 LC에서 희귀한 FCNC 탑 쿼크 붕괴가 힉스 보손으로 일어날 수 있는지 검토하기.
• 특히 중성 힉스 보손(h⁰, H⁰, A⁰)으로 붕괴하는 경우 MSSM과 일반 2HDM에서의 분해율을 비교하기.
• 힉스 붕괴 패턴에 기반해 MSSM과 비-SUSY 2HDM 시나리오를 구별할 수 있는 고유한 실험적 서명을 규명하기.
• 다수의 힉스 붕괴 채널을 관측할 경우, FCNC 탑 쿼크 붕괴 배경에 있는 새로운 물리 모형을 식별하는 데 도움이 될 수 있는지 탐색하기.

제안 방법

• 2HDM 및 MSSM 프레임워크 내에서 힉스, 쿼크, 게이지 및 골드스톤 보손을 포함한 1-루프 도형 분석하기.
• 특히 쿼크 질량 행렬과 일치하지 않는 스쿼크 질량 행렬을 가진 MSSM에서 초구성 입자(스쿼크, 치레인오)의 기여 포함하기.
• GIM 메커니즘과 루프 억제 요소를 사용해 분해율 추정하기. 표준모형에서 (mb/MW)⁴ 억제 효과에 중점을 두기.
• 특히 고 tanβ 영역에서 tanβ와 힉스 질량이 분해율에 미치는 영향 평가하기.
• 고-운동량 캄 쿼크 제트, b̄b 쌍, VV 최종 상태와 같은 붕괴 서명을 비교해 2HDM와 MSSM 모델을 구별하기.
• MSSM에서 질량 관계와 반사성 보정을 사용해 예측된 힉스 질량과 관측된 질량 간 일관성을 테스트하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준모형에서 극도로 억제되는 바람에 검출이 어려운 FCNC 탑 쿼크 붕괴가 MSSM과 2HDM에서 힉스 보손으로 붕괴할 경우, 검출 가능한 분해율에 이를 수 있는가?
• RQ2 MSSM과 2HDM에서 관측 가능한 비율을 낳을 가능성이 가장 높은 힉스 최종 상태는 h⁰, H⁰, A⁰ 중 어느 것인가?
• RQ3 탑 쿼크 붕괴에서 다수의 힉스 붕괴 채널을 관측할 경우, MSSM과 비-SUSY 2HDM 모델을 구별할 수 있는가?
• RQ4 고-운동량 캄 쿼크 제트, 높은 관측 질량을 가진 b̄b 쌍, VV 최종 상태와 같은 운동역학적 서명은 어떤 것이며, 이는 기저의 힉스 모형을 식별하는 데 어떻게 도움이 되는가?
• RQ5 관측된 힉스 질량이 MSSM 질량 관계와 일치하는가에 따라, FCNC 붕괴의 SUSY 기원을 확인하거나 배제할 수 있는가?

주요 결과

• 표준모형에서 t → cHSM의 분해율은 약 10⁻¹³~10⁻¹⁵로 억제되어 현재 또는 계획 중인 충돌기에서 검출하기 어려운 수준이다.
• MSSM과 2HDM에서 FCNC 탑 붕괴가 힉스 보손(t → cH⁰, h⁰, A⁰)으로 일어날 경우, 분해율이 약 10⁻⁴ 수준에 도달할 수 있어 LHC에서 관측 가능할 수 있다.
• 2HDM에서 글루온 채널 t → cg의 분해율은 <10⁻⁶이며, MSSM에서는 <10⁻⁵로, 모두 약 10⁻⁵의 검출 임계값 이하에 머무른다.
• 2HDM II에서 t → cH의 경우, h⁰ 또는 H⁰(둘 다 아님)만 상당한 양으로 생성될 수 있지만, MSSM에서는 tanβ와 mA⁰에 따라 h⁰, H⁰, A⁰ 모두 접근 가능할 수 있다.
• t → h⁰c와 t → H⁰c가 동시에 관측된다면, 힉스 붕괴 패턴의 차이로 인해 MSSM이 2HDM II보다 강하게 지지될 것이다.
• 고-운동량 캄 쿼크 제트와 함께 고관측 질량 VV 최종 상태는 MSSM의 고유한 서명이 될 수 있으며, 특히 H⁰ → VV가 2HDM II에서는 가능하지 않다.