[논문 리뷰] Radiative dileptonic decays of B-meson in the general two Higgs doublet model

G. Erkol, G. Turan|arXiv (Cornell University)|2001. 12. 07.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 일반 2중 힉스 두중체 모형(2HDM-III)에서 중성 힉스 보손의 교환을 통한 CP 위반 효과를 고려하여 방사선 딜렙톤 B-메손 붕괴(B→γℓ⁺ℓ⁻)를 조사한다. 전방-후방 비대칭도(A_FB)와 CP 비대칭도(A_CP, A_CP(A_FB))는 양성 힉스 쿠퍼링 비율에 따라 O(10⁻¹)에서 O(10⁻²) 수준에 도달할 수 있으며, 모형 매개변수와 타우 렙톤 쿠퍼링에 매우 민감하다.

ABSTRACT

We investigate the exclusive $B o γ\ell^+ \ell^- $ decay in the general two Higgs doublet model (model III) including the neutral Higgs boson effects with an emphasis on possible CP-violating effects. For this decay, we analyse the dependencies of the forward-backward asymmetry of the lepton pair, $A_{FB}$, CP-violating asymmetry, $A_{CP}$, and the CP-violating asymmetry in forward-backward asymmetry, $A_{CP}(A_{FB})$, on the model parameters and also on the neutral Higgs boson effects. We have found that $A_{FB}\sim 10^{-1}, 10^{-2}$, $A_{CP}\sim 10^{-2}, 10^{-1}$ and $A_{CP}(A_{FB}) \sim 10^{-2}, 10^{-1}$ depending on the relative magnitude of the Yukawa couplings $\barξ_{N,tt}^{U}$ and $\barξ_{N,bb}^{D}$ in the model III. We also observe that these physical quantities are sensitive to the model parameters and neutral Higgs boson effects are quite sizable for some values of the coupling $\barξ_{N,ττ}^{D}$.

연구 동기 및 목표

• 2HDM-III에서 중성 힉스 보손 기여를 중심으로 방사선 딜렙톤 붕괴 B→γℓ⁺ℓ⁻를 조사하기 위해.
• 모델 III에서 복소 Yukawa 쿠퍼링으로 인한 CP 위반 효과를 분석하여, 표준모형(SM) 외의 추가적인 CP 위반 기여를 제공함을 위해.
• 모형 매개변수와 힉스 교환 효과에 대한 전방-후방 비대칭도(A_FB), CP 비대칭도(A_CP), 그리고 전방-후방 비대칭도의 CP 비대칭도(A_CP(A_FB)))의 민감도를 정량화하기 위해.
• τ 렙톤 Yukawa 쿠퍼링과 질량 비율 m_h⁰/m_A⁰이 관측량에 미치는 영향을 평가하며, 특히 큰 tanβ 조건에서의 영향을 고려하기 위해.
• CP 위상 sinθ, Yukawa 쿠퍼링, 힉스 질량 비율을 함수로 하는 비대칭도의 종합적인 수치 분석을 제공하기 위해.

제안 방법

• 쿼크 수준에서 b→sγℓ⁺ℓ⁻의 최고차수 QCD 보정된 효과적 해밀토니안을 유도하며, 2HDM-III에서 중성 힉스 보손(h⁰, A⁰)의 기여를 포함함.
• 형태 인자와 윌슨 계수를 사용하여 배제적 B→γℓ⁺ℓ⁻ 붕괴의 행렬 원소를 계산하며, 표준모형과 2HDM-III 기여를 모두 포함함.
• 이중 렙톤 진동 질량 q²에 대한 렙톤 쌍의 전방-후방 비대칭도(A_FB)를 계산함.
• 복소 윌슨 계수와 간섭항의 허수부를 사용하여 CP 위반 비대칭도(A_CP)와 전방-후방 비대칭도의 CP 비대칭도(A_CP(A_FB))를 정의하고 계산함.
• Yukawa 쿠퍼링(ξ̄_N,tt^U, ξ̄_N,bb^D, ξ̄_N,ττ^D), CP 위상 sinθ, 힉스 질량 비율에 의존하는 매개변수화된 함수 A₁, A₂, B₁, B₂, F₁, F₂를 사용한 수치 분석을 수행함.
• 윌슨 계수 C₉^{2HDM}, C₇^{eff}를 포함한 효과적 해밀토니안 형식을 사용하며, 캐러몬 상태(ψ_i)의 공진 기여는 Y_reson(s) 함수를 통해 포함함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2HDM-III에서 중성 힉스 보손의 교환은 B→γℓ⁺ℓ⁻ 붕괴의 전방-후방 비대칭도(A_FB)에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 2HDM-III에서 CP 위반 비대칭도(A_CP 및 A_CP(A_FB))의 크기와 크기 및 종속성은 CP 위상 sinθ와 Yukawa 쿠퍼링 비율에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ3 A_FB, A_CP, A_CP(A_FB) 비대칭도는 τ 렙톤 Yukawa 쿠퍼링 ξ̄_N,ττ^D와 질량 비율 m_h⁰/m_A⁰의 값에 얼마나 민감한가?
• RQ4 표준모형 외의 기여를 초월하여, 모델 III의 복소 Yukawa 쿠퍼링으로 인해 B→γℓ⁺ℓ⁻ 붕괴에서 뚜렷한 CP 위반 효과가 생성될 수 있는가?
• RQ5 특히 τ 렙톤 최종 상태에서 중성 힉스 기여가 비대칭도를 얼마나 강하게 증가시키는가?

주요 결과

• 전방-후방 비대칭도 A_FB는 Yukawa 쿠퍼링 ξ̄_N,tt^U와 ξ̄_N,bb^D의 상대적 크기에 따라 O(10⁻¹)에서 O(10⁻²) 수준에 도달한다.
• CP 위반 비대칭도 A_CP는 최대 10⁻¹에서 10⁻² 수준에 도달할 수 있으며, 이는 2HDM-III에서 새로운 물리학의 측정 가능한 신호임을 시사한다.
• 전방-후방 비대칭도의 CP 비대칭도 A_CP(A_FB) 역시 O(10⁻¹)에서 O(10⁻²) 수준에 도달하며, 모형 매개변수와 힉스 교환 효과에 매우 민감한 것으로 나타났다.
• 중성 힉스 보손 기여는 특히 Yukawa 쿠퍼링 ξ̄_N,ττ^D가 클 경우 타우 렙톤 최종 상태에서 뚜렷하게 두드러진다.
• 관측량 A_FB, A_CP, A_CP(A_FB)는 CP 위상 sinθ와 비율 m_h⁰/m_A⁰에 강하게 의존하며, 이는 새로운 CP 위반 위상의 탐지 수단으로서의 잠재력을 시사한다.
• 결과적으로, τ-모드 붕괴 B→γτ⁺τ⁻는 2HDM-III에서의 새로운 물리학 효과에 특히 민감하며, 큰 tanβ 조건에서 중성 힉스 교환 기여로 인해 상당한 기여를 받는다.