[논문 리뷰] Lepton Flavor Violating $τ^- o μ^- PP$ Decays in the Two Higgs Doublet Model III

Wenjun Li, Fan Ying-Ying외 1명|arXiv (Cornell University)|2010. 03. 07.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 나무 수준의 형량자역학적 중성 힉스 보존 교환에 의해 매개되는 Two Higgs Doublet Model III에서 렙톤 편미분 위반 τ⁻ → μ⁻PP 붕괴(PP = K⁺K⁻, K⁰K̄⁰, π⁺π⁻, π⁰π⁰)를 조사한다. 강입자 최종 상태를 모델링하기 위해 공명 카이랄 이론을 사용하여, τ⁻ → μ⁻K⁺K⁻ 붕괴가 |λτμ|에 가장 민감하며, 분포율이 현재 실험 감도에 도달하고 |λτμ|가 O(1–10³) 수준으로 제약됨을 발견하였다.

ABSTRACT

In this paper, the lepton flavor violating $τ^- o μ^-PP (PP=K^+K^-,K^0\bar{K}^0,π^+π^-,π^0π^0)$ decays are studied in the framework of the two Higgs doublet model(2HDM) III. We calculate these decays branching ratios and get the bounds of model parameter $|λ_{τμ}|$ from the experimental upper limits. Our results show that, the neutral Higgs bosons have tree-level contributions to these decays. Among these decays, the $τ^- o μ^- K^+K^-$ decay is most sensitive to $|λ_{τμ}|$. In the existing parameters space, these decays could reach the measure capability of B factory. These processes can provide some valuable information to future research and furthermore present the reliable evidence to test the 2HDM III model.

연구 동기 및 목표

• 나무 수준의 형량자역학적 중성 힉스 보존 교환을 허용하는 Two Higgs Doublet Model III에서 렙톤 편미분 위반 τ⁻ → μ⁻PP 붕괴를 조사하기 위해.
• 비퍼트루베이티브 QCD 방법을 사용하여 이러한 붕괴가 μτ-Higgs 결합 |λτμ|에 얼마나 민감한지 평가하기 위해.
• τ⁻ → μ⁻PP 붕괴의 분포율을 결정하고 현재 실험적 상한과 비교하기 위해.
• 이 붕괴들이 2HDM III 프레임워크 내에서 새로운 물리의 탐지 수단으로서의 잠재력을 평가하기 위해.

제안 방법

• 이론적 프레임워크는 중성 힉스 보존 교환를 통해 나무 수준의 형량자역학적 중성 힉스 보존 교환를 허용하는 Two Higgs Doublet Model III에 기반한다.
• 강입자 행렬 요소는 벡터 및 스칼라 공명을 포함하여 최종 상태 상호작용을 기술하기 위해 Resonance Chiral Theory (RχT)를 사용하여 모델링된다.
• 암시적 양자역학적 계산은 렙톤 및 강입자 전류로 나누어지며, 후자는 메손 질량, 붕괴 상수 및 공명 기여로 매개변수화된다.
• 분포율은 위상공간에 대한 적분을 통해 수치적으로 계산되며, 실험적 상한으로부터 유도된 제약 조건이 적용된다.
• 모델 매개변수 |λτμ|는 물리적 범위에서 스캔하여 민감도 및 허용 가능한 값의 범위를 결정한다.
• 다양한 최종 상태(K⁺K⁻, K⁰K̄⁰, π⁺π⁻, π⁰π⁰) 간의 비교를 통해 가장 민감한 붕괴 모드를 식별한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Two Higgs Doublet Model III에서 τ⁻ → μ⁻K⁺K⁻의 분포율은 얼마이며, μτ-Higgs 결합 |λτμ|에 얼마나 민감한가?
• RQ2 B-팩토리 데이터로부터의 현재 실험적 상한과 비교해 τ⁻ → μ⁻PP 붕괴의 분포율은 어떻게 되는가?
• RQ3 2HDM III에서 |λτμ| 결합에 대해 가장 민감한 최종 상태는 무엇인가? (K⁺K⁻, K⁰K̄⁰, π⁺π⁻, π⁰π⁰)
• RQ4 2HDM III에서 나무 수준의 중성 힉스 보존이 이러한 붕괴에 얼마나 기여할 수 있는가?
• RQ5 최근 τ⁻ → μ⁻PP 붕괴에 대한 실험적 상한으로부터 유도된 |λτμ|의 제약 조건은 무엇인가?

주요 결과

• τ⁻ → μ⁻K⁺K⁻ 붕괴는 |λτμ| 결합에 가장 높은 민감도를 보이며, 실험적 상한으로 인해 |λτμ|가 약 4.5 수준으로 제약됨.
• τ⁻ → μ⁻K⁺K⁻ 붕괴의 분포율은 허용 가능한 매개변수 공간에서 10⁻⁸ 수준에 도달할 수 있으며, 현재 실험 감도에 가까워진다.
• τ⁻ → μ⁻K⁰K̄⁰ 붕괴는 분포율 상한으로 인해 |λτμ| ≈ O(1) 수준으로 제약됨.
• τ⁻ → μ⁻π⁺π⁻ 붕괴는 τ⁻ → μ⁻π⁰π⁰보다 |λτμ|에 더 민감하며, 작은 |λτμ|에서 분포율이 10⁻¹⁴ 수준까지 연장됨.
• 모든 네 가지 붕괴(K⁺K⁻, K⁰K̄⁰, π⁺π⁻, π⁰π⁰)는 2HDM III에서 나무 수준의 중성 힉스 보존 기여를 가짐.
• 모든 붕괴의 분포율는 현재 B-팩토리 감도의 범위 내에 있어 향후 실험에 대한 탐지 수단으로 유망하다.