[論文レビュー] U(1)_A symmetry in two-doublet models, U bosons or light pseudoscalars, and psi and Upsilon decays

P. Fayet|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、クォークおよびレプトンに作用する破れた軸性U(1)_A対称性に起因する、光る中性ボソン（スピン1のUボソンまたはスピン0の擬スカラー）の役割を二ヒッグスダブルレットモデルにおいて調査している。ψおよびUpsilon崩壊、特にUpsilon → γ + 隠し状態を用いて、きびしい制約を設定する：f_bA < 96% シングレットおよびB_inv <~ 10^-6 / tan^4βであり、bクォークへの軸性カップリングを制限するとともに、μ+μ−に崩壊する新しい軽いボソンを制約する。

ABSTRACT

psi and Upsilon decays may be used to search for light neutral spin-1 or spin-0 bosons associated with a broken extra-U(1) symmetry, local or global, acting axially on quarks and leptons, as may be present in supersymmetric theories with a lambda H_1 H_2 S superpotential term. Recent data on Upsilon --> gamma + invisible neutral constrain an axial, pseudoscalar or scalar coupling to b to f_bA 96 % singlet and 1. Or, more generally, gamma + neutral) B_inv <~ 10^-6/ tan^4 beta. Similar results are obtained for new spin-1 or spin-0 neutral bosons decaying into mu+ mu-.

研究の動機と目的

• 二ヒッグスダブルレットモデルにおける破れた軸性U(1)_A対称性に起因する、光る中性ボソン（スピン1のUボソンまたはスピン0の擬スカラー）の素粒子的性質を調査すること。
• ψおよびUpsilon崩壊の実験データを用いて、bクォークの新しい軽い中性ボソンへの軸性カップリングを制約すること。
• 超対称理論におけるλ H_1 H_2 S シュレーディンガー項を含む状況下で、こうした新しい粒子の実現可能性を評価すること。
• 特にUpsilon → γ + 隠し状態の形で、Upsilonメソンの隠し状態崩壊Brを制約し、新しい軽い擬スカラーまたはベクトルボソンの存在を検証すること。

提案手法

• Upsilon → γ + 隠し状態の崩壊モードを分析し、隠し状態Br B_inv を制約する。
• Upsilon崩壊の実験的データを適用して、bクォークへの軸性カップリングf_bA を制限する。
• B_inv <~ 10^-6 / tan^4β の関係を用いて、U(1)_A 対称性を持つモデルにおける軸性カップリングの強さを制限する。
• 新しいスピン1またはスピン0ボソンがμ+μ−に崩壊する場合にも、同様の制約を適用する。
• 超対称理論におけるλ H_1 H_2 S シュレーディンガー項の影響が、こうした軽いボソンの出現に与える影響を検討する。
• U(1)_A 対称性の破れの理論的モデルと、Bファクトリーおよびハドロン衝突加速器の実験的限界を統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 破れたU(1)_A 対称性を持つ二ダブルレットモデルにおける、bクォークの新しい軽い中性ボソンへの軸性カップリングに課せられる制約は何か？
• RQ2 Upsilon → γ + 隠し状態の崩壊データは、隠し状態Brをどのように制限し、結果として新しい軽い擬スカラーまたはベクトルボソンを制約するか？
• RQ3 λ H_1 H_2 S シュレーディンガー項を含む二ヒッグスダブルレットモデルにおけるU(1)_A 対称性は、ψおよびUpsilon崩壊において観測可能なシグナルを生じる可能性はどの程度か？
• RQ4 bクォークがU(1)_A 対称性において主にシングレットである場合、カップリング強度f_bAに課せられる制約は何か？
• RQ5 Upsilon → γ + 隠し状態の制約は、Upsilon → μ+μ− 崩壊の制約と比較して、新しい軽い中性ボソンを調べる上でどの程度同等の強度を持つのか？

主な発見

• Upsilon崩壊の隠し状態BrはB_inv <~ 10^-6 / tan^4βに制限され、新しい軽い中性ボソンに対する強い制限を与える。
• bクォークの新しい軽いボソンへの軸性カップリングはf_bA < 96% シングレットに制限されており、bクォークがU(1)_A 対称性においてほぼシングレットでなければならないことを示唆する。
• Upsilon崩壊における、軽い擬スカラーまたはベクトルボソンの隠し状態最終状態への主要寄与は、分析によって除外される。
• Upsilon → γ + 隠し状態からの制約は、Upsilon → μ+μ− 崩壊からの制約と同等の強度を持ち、新しいスピン0またはスピン1粒子に対する境界を強化する。
• λ H_1 H_2 S シュレーディンガー項を含むモデルでも、結果は一貫しており、こうした状況は現在のデータによってきびしく制限されていることが示される。
• これらの結果は、破れたU(1)_A 対称性に関連する任意の新しい軽い中性ボソンが、実験的限界と整合するためにはbクォークとの結合が極めて弱くなければならないことを示唆する。