[논문 리뷰] Update of the 2HDM-III with a four-zero texture in the Yukawa matrices and phenomenology of the charged Higgs Boson

J. Hernández-Sánchez, Stefano Moretti외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 02. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 3인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 양이온 보손 $H^\pm$ 가 양이온 쿠퍼링의 큰 비대칭 쿠퍼링에 의해 유도되는 비형질 보존 쿠퍼링으로 인해 $cb$ 최종 상태로의 분해비율이 최대 90%에 이르게 되는 2HDM-III 모델을 재검토한다. $\mathcal{Z}_2$ 대칭을 가진 모델과 달리, 이 시나리오는 $H^\pm c\bar{b}$ 쿠퍼링을 크게 증가시켜 $H^\pm \to cb$ 를 LHC 탐지의 핵심 서명으로 만든다.

ABSTRACT

We update the flavor-violating constraints on the charged Higgs sector of the 2-Higgs Doublet Model Type-III (2HDM-III), using a four-zero texture in the Yukawa matrices. We give a generic Lagrangian of the 2HDM-III. In order to show the relevance of the off-diagonal terms of such a texture, we utilize the main constraints from $B$-physics, $μ-e$ universality in $τ$ decays and the radiative decay $Z o b \bar{b}$ presented recently in arXiv:1212.6818 [hep-ph]. In particular, we show that the $H^- c \bar{b}$ coupling can be very large and very different with respect to 2HDMs with a flavor discrete symmetry (i.e., ${\mathcal{Z}}_2$). We also discuss the possible enhancements of the vertices $H^\pm W^\mp V$ ($V=Z, γ$) that arise at one-loop level.

연구 동기 및 목표

• 2HDM-III 모델에 대해 양이온 매트릭스의 네 개의 영 텍스처를 재평가하여 형질 위반 제약 조건을 중심으로 분석한다.
• 특히 $H^\pm \to cb$ 붕괴에 대해 큰 비대칭 양이온 쿠퍼링의 현상학적 영향을 평가한다.
• 크기가 큰 $\lambda_6, \lambda_7$ 매개변수로 인해 한 루프 수준에서 $H^\pm W^\mp V$ (V = Z, $\gamma$) 정점이 어떻게 증가하는지 탐색한다.
• 2HDM-III가 $\mathcal{Z}_2$ 대칭을 가진 다른 2HDM 변형과 다를 수 있는 특징적인 서명—특히 $H^\pm \to cb$—을 식별한다.
• 2HDM-III에서 $H^\pm$ 쿠퍼링과 분해비율이 최대가 되는 매개변수 영역을 규명하여 향후 LHC 탐색을 안내한다.

제안 방법

• 두 개의 힉스 이중체와 양이온 매트릭스에 네 개의 영 텍스처를 가진 일반적인 2HDM-III 라그랑지안을 구성하며, 양이온 매트릭스가 에르미트임을 가정한다.
• 비대칭 양이온 쿠퍼링을 쿠퍼링 질량과 무차원 매개변수 $\chi_{ij}^{f}$ 로 표현하기 위해 관계식 $Y_{ij}^{f} \propto \sqrt{m_i^f m_j^f} \chi_{ij}^{f}$ 를 사용한다.
• 파arameter 공간을 제한하기 위해 $B$ 물리학, $\tau$ 붕괴에서 $\mu$-$e$ 유니버설리티, arXiv:1212.6818 에서 제시된 방사선 $Z \to b\bar{b}$ 붕괴의 제약 조건을 적용한다.
• 효율적 라그랑지안과 한 루프 기여를 사용하여 $H^\pm \to cb$, $cs$, $\tau\nu$, $W^\pm \gamma/Z$ 의 붕괴 폭을 계산한다.
• $\lambda_6, \lambda_7$ 매개변수를 통한 $H^+H^-\phi^0$ 자기 상호작용이 $H^\pm \to W^\pm \gamma$ 와 $H^\pm \to W^\pm Z$ 분해비율을 어떻게 증가시키는지 분석한다.
• 다양한 $\chi_{ij}^{f}$ 구성에서 $R_{sb} = \text{BR}(H^\pm \to cb)/\text{BR}(H^\pm \to cs)$ 의 분해비율 비율을 비교하여 모델 고유의 서명을 식별한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 네 개의 영 텍스처를 가진 양이온 매트릭스의 비대칭 항목이 2HDM-III에서 $H^\pm$ 쿠퍼링과 분해비율에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 2HDM-III에서 $H^\pm \to cb$ 붕괴 채널이 지배적인가? 어떤 조건에서 그러한 현상이 발생하는가?
• RQ3 $\lambda_6, \lambda_7$ 매개변수가 한 루프에 의해 유도된 $H^\pm W^\mp V$ 정점에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 2HDM-III에서의 $H^\pm \to cb$ 분해비율은 $\mathcal{Z}_2$ 대칭 2HDM와 어떻게 다를까?
• RQ5 $H^\pm \to cb$ 가 BR > 90% 에 도달하는 유효한 매개변수 영역는 무엇이며, LHC에서 어떻게 탐색할 수 있는가?

주요 결과

• 2HDM-III에 네 개의 영 텍스처를 가진 양이온 매트릭스를 적용할 경우, $Y_{ij} \gg X_{ij}, Z_{ij}$ 일 때 $H^\pm \to cb$ 분해비율이 최대 90%까지 도달할 수 있으며, 이는 $\sqrt{m_t m_c} \chi_{23}^u$ 항목의 기여가 크기 때문이다.
• 일반적으로 $Y \gg X,Z$ 일 경우 $R_{sb} = \text{BR}(H^\pm \to cb)/\text{BR}(H^\pm \to cs) \sim |V_{tb}|^2 / |V_{ts}|^2 \approx 10$ 가 되어 $H^\pm \to cb$ 붕괴가 지배적이다.
• 반면 $X \gg Y,Z$ 일 경우 $R_{sb} \sim |V_{cs}|^2 / |V_{cb}|^2 \approx 0.1$ 또는 $\chi_{ij}^d$ 가 음수이고 $O(1)$ 이면 $R_{sb} \sim m_b^2 |V_{cb}|^2 / (m_s^2 |V_{cs}|^2) \approx 100$ 이 되어 두 가지의 독특한 이국적 시나리오를 제공한다.
• 큰 $\lambda_6, \lambda_7$ 매개변수로 인해 한 루프 기여로 인해 $H^\pm \to W^\pm \gamma$ 와 $H^\pm \to W^\pm Z$ 의 분해비율이 각각 $10^{-4}$ ~ $10^{-3}$, $10^{-3}$ ~ $10^{-2}$ 수준에 도달할 수 있다.
• $H^\pm c\bar{b}$ 쿠퍼링은 $\mathcal{Z}_2$ 대칭 2HDM보다 크게 증가할 수 있으며, 이는 2HDM-III에서 $H^\pm \to cb$ 가 고유하고 지배적인 붕괴 모드가 되게 한다.
• 질량 $m_{H^\pm} < m_t - m_b$ 일 경우, $H^\pm$ 는 효과적으로 렙토포비크($\text{BR}(H^\pm \to \tau\nu) \ll 1\%$)이며, $H^\pm \to cb$ 와 $H^\pm \to cs$ 가 지배한다.