[论文解读] FCNC Processes in the Littlest Higgs Model with T-Parity: an Update

Monika Blanke, Andrzej J. Buras+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 93被引用 42

一句话总结

该论文通过引入新识别的 $\mathcal{O}(v^2/f^2)$ 贡献至 $Z^0$- penguin 图，更新了带有 T-宇称的最小希格斯模型（LHT），消除了先前结果中对对数形式紫外截断的依赖。尽管对轻子味违反衰变的分支比抑制了近一个数量级，该模型在 $K\to\pi\nu\bar{\nu}$、$K_L\to\pi^0\ell^+\ell^-$ 和 $S_{\psi\phi}$ 中仍预测了显著的新物理效应，且与规范对称性保护的RS模型存在独特关联。

ABSTRACT

We update our 2006-2007 results for FCNC processes in the Littlest Higgs model with T-parity (LHT). The removal of the logarithmic UV cutoff dependence in our previous results through a new contribution to the Z^0-penguin diagrams identified by Goto et al. and del Aguila et al., while making the deviations from the SM expectations in the quark sector less spectacular, still allows for sizable new physics effects in K -> pi nu anti-nu and K_L -> pi^0 l^+ l^- decays and in the CP-asymmetry S_{psi phi} with the latter unaffected by the new contribution. We extend our analysis by a study of the fine-tuning required to fit the data on epsilon_K and by the inclusion of the decay K_L -> mu^+ mu^-. A number of correlations can distinguish this model from the custodially protected Randall-Sundrum model analysed recently. We also reconsider lepton flavour violating decays, including now a discussion of fine-tuning. While the l_i -> l_j gamma decays are unaffected by the removal of the logarithmic cutoff dependence, the branching ratios for decays with three leptons in the final state, like mu -> 3 e are lowered by almost an order of magnitude. In spite of this, the pattern of lepton flavour violation in the LHT model can still be distinguished from the one in supersymmetric models.

研究动机与目标

• 通过将新识别的 $\mathcal{O}(v^2/f^2)$ 贡献引入 $Z^0$- penguin 图，修正并更新带有 T-宇称的最小希格斯模型（LHT）中FCNC与LFV的预测。
• 消除早期结果中困扰的对数形式紫外截断依赖性，提升模型的预测能力。
• 重新评估轻子味违反，包括 $\mu\to e\gamma$ 和 $\mu\to 3e$ 的精细调节估计，并引入 $K_L\to\mu^+\mu^-$ 衰变。
• 将LHT模型与规范对称性保护的兰德尔-桑德拉姆模型进行比较，突出风味可观测量中的区分性关联。
• 根据当前及未来的实验约束（特别是LHC与MEG实验），评估LHT模型的物理可行性。

提出的方法

• 引入由 Goto 等人及 del Aguila 等人识别的新 $\mathcal{O}(v^2/f^2)$ 贡献至 $Z^0$- penguin 图，该贡献可抵消先前LHT计算中对数形式的紫外截断依赖性。
• 修订了 $Z_L$、$W_L$、$Z_H$ 和 $A_H$ 与费米子耦合的费曼规则，包含与 $v^2/f^2$ 成比例的修正项，并考虑了 $U(1)_i$ 规范荷重定义带来的符号变化。
• 用有限表达式替换衰变振幅中发散的 $z_i S_{\text{odd}}$ 项：$ z_i \left( \frac{z_i^2 - 2z_i + 4}{(1 - z_i)^2} \log z_i + \frac{7 - z_i}{2(1 - z_i)} \right) $，其中 $ z_i = m_H^{i2}/M_{W_H}^2 $。
• 使用更新的输入参数进行数值分析，包括 $\varepsilon_K$、$B \to X_s\gamma$ 和 $d_n$ 的约束，以评估 $\mu\to e\gamma$ 和 $\mu\to 3e$ 衰变中的精细调节。
• 将分析扩展至包含 $K_L \to \mu^+\mu^-$ 衰变，该过程在早期工作中未被考虑。
• 将LHT模型的预测与规范对称性保护的RS模型进行比较，重点关注 $K \to \pi\nu\bar{\nu}$、$S_{\psi\phi}$ 和LFV分支比中的关联性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHT模型中，$\mathcal{O}(v^2/f^2)$ 修正对 $Z^0$- penguin 图的引入如何影响稀有奇异衰变预测中的紫外截断依赖性？
• RQ2 在消除对数形式紫外截断依赖性后，$K\to\pi\nu\bar{\nu}$、$K_L\to\pi^0\ell^+\ell^-$ 和 $K_L\to\mu^+\mu^-$ 的分支比有何更新？
• RQ3 在引入新的 $\mathcal{O}(v^2/f^2)$ 贡献后，$\mu\to e\gamma$ 和 $\mu\to 3e$ 衰变的预测如何变化？所需的精细调节程度如何？
• RQ4 能否基于风味可观测量中的关联性，将LHT模型与规范对称性保护的兰德尔-桑德拉姆模型区分开来？
• RQ5 该新贡献对三轻子LFV衰变中 $Z^0$- penguin 图与盒图相对于磁偶极算符的主导性有何影响？

主要发现

• 引入 $\mathcal{O}(v^2/f^2)$ 修正后，$Z^0$- penguin 振幅中对数形式的紫外截断依赖性被完全消除，使LHT模型的预测更加稳健，对未知的紫外物理不敏感。
• 与先前估计相比，$\mu\to 3e$ 的分支比降低了近一个数量级，但若 $f < 1\,\text{TeV}$，其仍可能在超级B工厂中被探测到。
• 尽管受到抑制，LHT模型在 $K\to\pi\nu\bar{\nu}$ 和 $K_L\to\pi^0\ell^+\ell^-$ 中仍预测了显著效应，其中 $\text{BR}(K_L\to\pi^0\ell^+\ell^-)$ 相较于标准模型预期最高可增强10倍。
• CP不对称性 $S_{\psi\phi}$ 受到新贡献的影响可忽略，其对新物理的敏感性在LHT模型中得以保持。
• 在三轻子LFV衰变中，$Z^0$- penguin 图与盒图相对于磁偶极算符的主导性，仍是LHT模型与MSSM（磁偶极算符主导）之间的重要区分特征。
• 由于新贡献，$\tau\to\mu(e)\pi$、$\eta$ 和 $\eta'$ 衰变的预测分支比降低了五倍，但其相对于标准模型的增强效应依然显著，且在超级B设施中可能被探测到。