[논문 리뷰] Implications of Yukawa texture in the charged Higgs boson phenomenology within 2HDM-III

A. Cordero-Cid, O. Félix-Beltrán외 2명|arXiv (Cornell University)|2011. 05. 25.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 7인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 2HDM-III 모델에서 네 제로 요쿠다 텍스처를 가진 전하를 띤 힉스 보손의 현상학을 조사하며, 수정된 결합이 LHC에서의 붕괴 패턴과 생성률에 중대한 영향을 미친다는 것을 보여준다. 큰 $\tan\beta$에서 $H^+ \to W^+h^0$ 가 주요 붕괴 모드이며, $\tan\beta=70$일 때 사건 수가 약 15,000에 이르며, 생성 과정에서 $gg$-융합이 $c\bar{b}$-융합보다 지배적이므로 다른 2HDM 시나리오와의 구별이 가능하다고 한다.

ABSTRACT

We discuss the implications of assuming a four-zero Yukawa texture for the properties of the charged Higgs boson within the context of the general 2-Higgs Doublet Model of Type III. We present the charged Higgs boson couplings with heavy quarks and the resulting pattern for its decays, including the decay $H^+ o W^+ γ$ at 1-loop level. The parameters chosen can still avoid the $B o X_s γ$ constraint, the perturbativity and $ρ_0$ bound. Also, we present the constraints of $ B0-\bar{B}0$ mixing and of the radiative corrections to the $Z b \bar{b}$ vertex in the regime small $ an β$. The production of charged Higgs bosons is also sensitive to the modifications of its couplings, so that we also evaluate the resulting effects on `direct' $c\bar{b} o H^++c. c.$ and `indirect' $q\bar q,gg o \bar t b H^++c. c.$ production. Significant scope exists at the Large Hadron Collider for several $H^\pm$ production and decay channels combined to enable one to distinguish between such a model and alternative 2-Higgs doublet scenarios.

연구 동기 및 목표

• 네 제로 요쿠다 텍스처가 2HDM-III 모델에서 전하를 띤 힉스 보손의 결합과 붕괴 패턴에 미치는 영향을 연구하기 위해.
• 이 텍스처 하에서 LHC에서의 전하를 띤 힉스 보손 탐지 가능성에 대해 직접 및 간접 생성 메커니즘을 고려하여 평가하기 위해.
• 2HDM-III의 현상학적 서명을 다른 2HDM 변형, 특히 2HDM-II와 비교하기 위해.
• $B \to X_s\gamma$, $B^0-\bar{B}^0$ 혼합, 및 복사 수정 $Zb\bar{b}$ 보정으로부터의 제약 조건을 평가하기 위해.

제안 방법

• 2HDM-III 프레임워크 내에서 네 제로 요쿠다 텍스처를 사용해 쿼크 및 렙톤에 대한 전하를 띤 힉스 보손의 결합을 유도하며, $\tilde{\chi}^{u,d}_{ij}$ 행렬을 통해 매개변수화한다.
• 1-루프 수준에서 $H^+ \to W^+\gamma$ 의 붕괴 브랜치 비율을 계산하며, 루프 유도 기여를 포함한다.
• LHC에서의 직접적 $c\bar{b} \to H^+$ 와 간접적 $q\bar{q}, gg \to \bar{t}bH^+$ 생성 단면적을 평가한다.
• $B \to X_s\gamma$, $B^0-\bar{B}^0$ 혼합, 및 $\delta Zb\bar{b}$ 보정을 적용하여 타당한 매개변수 공간을 제약한다.
• $10^5$ pb$^{-1}$ 루미노사티를 사용해 사건 수 추정을 수행하며, $H^+ \to W^+h^0$, $H^+ \to t\bar{b}$, $H^+ \to \tau^+\nu_\tau$, 및 $H^+ \to W^+A^0$ 붕괴에 집중한다.
• $\tan\beta$ 와 $m_{H^+}$ 값에 따른 신호율을 비교하여 주요 채널과 다른 2HDM 모델과의 구별 가능성을 규명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2HDM-III에서 네 제로 요쿠다 텍스처는 전하를 띤 힉스 보손의 결합과 붕괴 분포 비율에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 이 텍스처 하에서 LHC에서의 $H^+$ 생성 메커니즘은 무엇이며, $c\bar{b}$-융합과 $gg$-융합 간에 어떻게 비교되는가?
• RQ3 $H^+ \to W^+\gamma$ 붕괴는 LHC에서 관측 가능할 수 있으며, $B \to X_s\gamma$ 제약 조건으로부터 어떤 제약을 받는가?
• RQ4 $B^0-\bar{B}^0$ 혼합과 복사 수정 $Zb\bar{b}$ 보정은 작은 $\tan\beta$ 영역에서 모델 매개변수를 어떻게 제약하는가?
• RQ5 어느 붕괴 및 생성 채널이 LHC에서 $H^+$의 발견 가능성을 가장 높게 제공하며, 이는 2HDM-II와 어떻게 다를까?

주요 결과

• 큰 $\tan\beta$에서 $H^+ \to W^+h^0$ 붕괴 채널이 지배적이며, $\tan\beta = 70$일 때 브랜치 비율이 약 36%로, 가장 유망한 신호 채널이 된다.
• $m_{H^+} = 400$ GeV 이고 $\tan\beta = 70$일 때, 간접적 $gg$-융합 생성을 통해 $10^5$ pb$^{-1}$ 루미노사티에서 $H^+ \to W^+h^0$ 붕괴의 사건 수가 15,480건에 이른다.
• 직접적 $c\bar{b}$-융합에 비해 간접적 생성 $q\bar{q}, gg \to \bar{t}bH^+$ 는 훨씬 높은 단면적을 보이며, $\tan\beta = 70$일 때 $\sigma \approx 4.3 \times 10^{-1}$ pb 로, $c\bar{b}$-융합의 $1.25 \times 10^{-1}$ pb 보다 높다.
• $H^+ \to W^+\gamma$ 붕괴는 1-루프 수준에서 계산 가능하며, 선택된 매개변수 공간 내에서 $B \to X_s\gamma$ 제약 조건과 일치한다.
• $m_{H^+} = 400$ GeV일 때, $c\bar{b}$-융합 채널은 고 $m_{H^+}$ 에서도 보조적인 기여를 하며, 특히 $gg$-융합에 비해 신호 탐지에 덜 효과적이다.
• 모델의 현상학, 특히 $H^+ \to W^+h^0$ 의 지배적 성향과 결합 구조는 LHC에서 2HDM-III를 2HDM-II 및 다른 2HDM 변형과 명확히 구별할 수 있는 서명을 제공한다.