[论文解读] What if BR(h-->\mu\mu)/BR(h--> au au) does not equal m_\mu^2/m_ au^2?

Avital Dery, Aielet Efrati+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 11被引用 25

一句话总结

本文研究了在分支比 BR(h→μμ) 和 BR(h→ττ) 中，m_μ²/m_τ² 比值出现偏差时的物理含义，表明此类偏差可通过精确测量 h→μμ、h→ττ 和 h→μτ 衰变率，区分自然 flavor 保守、最小 flavor 破坏以及 Froggatt-Nielsen 对称性等 flavor 模型。

ABSTRACT

Measurements of the Yukawa couplings of the recently discovered boson h to fermion pairs will provide a new arena for studying flavor physics. We analyze the lessons that can be learned by measuring the h decay rates into the charged lepton pairs, au au, \mu\mu, and au\mu. We demonstrate how this set of measurements can distinguish in principle between various classes of flavor models such as natural flavor conservation, minimal flavor violation, and Froggatt-Nielsen symmetry.

研究动机与目标

• 考察测量得到的 BR(h→μμ)/BR(h→ττ) 比值偏离预期的 m_μ²/m_τ² 质量比时的物理含义。
• 确定此类偏离如何约束或区分标准模型 sector 中竞争的 flavor 对称性模型。
• 评估 Higgs 衰变为带电轻子对（μμ、ττ、μτ）的敏感性，作为探测标准模型之外新物理的探针。
• 在潜在实验异常的背景下，评估自然 flavor 保守、最小 flavor 破坏以及 Froggatt-Nielsen 对称性等模型的理论可行性。

提出的方法

• 在不同 flavor 对称性假设下，分析 Higgs 玻色子衰变为费米子对，特别是 μμ、ττ 和 μτ 最终态的衰变率。
• 应用自然 flavor 保守、最小 flavor 破坏以及 Froggatt-Nielsen 对称性等理论框架，预测分支比模式。
• 将预测的分支比 BR(h→μμ)/BR(h→ττ) 与朴素的 m_μ²/m_τ² 预期进行比较，以识别偏差。
• 利用有效场论技术，建立 flavor 破坏耦合及其对 Higgs 衰变影响的模型。
• 评估未来实验测量对区分这些 flavor 模型的敏感性，依据衰变率比值。
• 构建一个模型无关的框架，以解释偏差与底层 flavor 结构之间的关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 如果 BR(h→μμ)/BR(h→ττ) 偏离 m_μ²/m_τ²，其理论含义是什么？
• RQ2 h→μτ 衰变率的测量如何有助于区分不同的 flavor 对称性模型？
• RQ3 最小 flavor 破坏和 Froggatt-Nielsen 对称性模型在 h→μμ 和 h→ττ 的分支比模式上，如何预测不同的行为？
• RQ4 观测到的 Higgs 玻色子对 muon 和 tau 的耦合，能否作为探测标准模型之外新物理的敏感探针？
• RQ5 当前或未来 Higgs 数据对 Higgs 系统中 flavor 破坏结构施加了何种约束？

主要发现

• BR(h→μμ)/BR(h→ττ) 比值若偏离 m_μ²/m_τ²，将表明在 flavor 系统中存在标准模型之外的新物理。
• h→μτ 最终态的测量为区分 flavor 模型提供了强有力的判据，尤其是在区分自然 flavor 保守与 Froggatt-Nielsen 机制方面。
• 最小 flavor 破坏模型预测的分支比比值接近 m_μ²/m_τ²，因此任何显著偏离都将排除此类模型。
• Froggatt-Nielsen 对称性可产生与特定 flavor 纹理一致的偏离，使其可通过精确的 Higgs 衰变测量与其他模型区分开来。
• h→μμ、h→ττ 和 h→μτ 衰变率测量的组合，为探测底层 flavor 结构提供了一种模型无关的手段。
• 通过大型强子对撞机或未来 lepton 对撞机的高精度数据，可检验 Higgs 系统中 flavor universality 破坏的理论一致性。