[論文レビュー] $\bar B o D^{(*)} au \bar u$ and $ au$ polarization in a generic two-Higgs-doublet model

Chuan-Hung Chen, Takaaki Nomura|arXiv (Cornell University)|Mar 10, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、一般化された2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）における電荷付きヒッグスボソンが、B崩壊における$R_D$および$R_{D^*}$の異常、特にτレプトンのスピン化と前後対称性に与える影響を調査する。2つの独立したヤコビ係数が、$2\sigma$の範囲内で異常と分岐比を同時に説明するために必要であり、$\bar{B} \to D^* \tau \bar{\nu}_\tau$の前後対称性において符号反転の可能性と、τスピン化の顕著な変化が示された。標準模型（SM）条件下では、$P^\tau_D \approx 0.331$および$P^\tau_{D^*} \approx -0.513$が予測され、$D^*$崩壊の対称性において電荷付きヒッグスの強い感受性が確認された。

ABSTRACT

We study the influence of a charged-Higgs on the excess of branching fraction ratio, $R_M = BR(\bar B o M au \bar u_ au)/BR(\bar B o M \ell \bar u_\ell)$ $(M=D, D^*)$, in a generic two-Higgs-doublet model. For investigating the lepton polarization, the detailed decay amplitudes with lepton helicity are given. When the charged-Higgs is used to resolve the excesses, it is found that two independent Yukawa couplings are needed to together explain the $R_D$ and $R_{D^*}$ anomalies and simultaneously fit the branching ratios of the decays within $2\sigma$ errors. We find that when all measurements in the $B$ decays are satisfied, the $ au$-lepton polarizations can be significantly affected by the charged-Higgs effects, where the standard model predictions are obtained as: $P^ au_{D} \approx 0.331$ and $P^ au_{D^*}\approx -0.513$. The lepton froward-backward asymmetry (FBA) is also studied. It is found that the asymmetry in the $\bar B o D^* au u_ au$ decay is more sensitive to the charged-Higgs effects, where in addition to the magnitude changed, the sign of the integrated FBA can be also reversed.

研究の動機と目的

• B崩壊において観測された$R_D$および$R_{D^*}$の異常を解消するための電荷付きヒッグスボソンの役割を調査すること。
• 電荷付きヒッグスの寄与が、$\bar{B} \to D^{(*)} \tau \bar{\nu}_\tau$崩壊におけるτレプトンのスピン化に与える影響を分析すること。
• $\bar{B} \to D^* \tau \bar{\nu}_\tau$における前後対称性（FBA）と、それが電荷付きヒッグス効果にどのように感受性を示すかを研究すること。
• 一般化された2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）が、$2\sigma$の不確実性内で$R_D$および$R_{D^*}$の異常と測定された分岐比を同時に適合させられるかを同定すること。

提案手法

• レプトンのヘリシティ状態を含めた$\bar{B} \to D^{(*)} \tau \bar{\nu}_\tau$の完全な崩壊振幅の導出により、スピン化効果を分析する。
• フェルミオンとヒッグスの相互作用を記述するため、任意のヤコビ係数を有する一般化された2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）を用いる。
• 電荷付きヒッグスと標準模型（SM）の両方の寄与を組み合わせ、分岐比およびスピン化観測量を計算する。
• $\bar{B} \to D^* \tau \bar{\nu}_\tau$におけるτレプトンの前後対称性（FBA）を計算し、新物理への感受性を評価する。
• 理論的予測値（$R_D$、$R_{D^*}$、$P^\tau_D$、$P^\tau_{D^*}$、FBA）を$2\sigma$の許容範囲内で実験データと比較する。
• 非一様なクォークおよびレプトンへのカップリングを可能にするために、2つの独立したヤコビ係数パラメータを採用し、$R_D$および$R_{D^*}$の同時フィットを実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一般化された2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）に電荷付きヒッグスボソンを含む場合、$2\sigma$の範囲内で測定された分岐比と一致させつつ、$R_D$および$R_{D^*}$の異常を同時に説明できるか。
• RQ2 電荷付きヒッグスの寄与は、標準模型（SM）の予測と比較して、$\bar{B} \to D^{(*)} \tau \bar{\nu}_\tau$崩壊におけるτレプトンのスピン化にどのように影響を与えるか。
• RQ3 前後対称性（FBA）は、$\bar{B} \to D^* \tau \bar{\nu}_\tau$において電荷付きヒッグス効果にどれほど感受性を示すか。また、符号が反転する可能性はあるか。
• RQ4 $R_D$および$R_{D^*}$のデータと整合させるために、2HDMにおけるヤコビ係数の構造はどのようなものである必要があるか。

主な発見

• 2HDMにおいて、$R_D$および$R_{D^*}$の異常を$2\sigma$の不確実性内で同時に説明し、測定された分岐比に適合させるために、2つの独立したヤコビ係数が不可欠である。
• 標準模型（SM）条件下では、$\bar{B} \to D \tau \bar{\nu}_\tau$におけるτレプトンのスピン化は$P^\tau_D \approx 0.331$と予測され、電荷付きヒッグスによって顕著な変化が生じる。
• 標準模型（SM）条件下では、$\bar{B} \to D^* \tau \bar{\nu}_\tau$におけるτレプトンのスピン化は$P^\tau_{D^*} \approx -0.513$と予測され、この値は電荷付きヒッグスの寄与によって強く変化する。
• $\bar{B} \to D^* \tau \bar{\nu}_\tau$における前後対称性（FBA）は、電荷付きヒッグス効果に強く感受性を示し、統合されたFBAの符号が反転する可能性を有する。
• $D^*$崩壊チャンネルは、$D$チャンネルよりも電荷付きヒッグス効果に対してより感受性が高く、新物理の探査に有望なプローブである。
• このモデルでは、電荷付きヒッグスの寄与が、$D^*$の前後対称性の大きさと符号の両方を顕著に変化させることができると予測され、新物理の特徴的なシグネチャを提供する。