[論文レビュー] Z ightarrow A^0 A^0 u\bar u$ and $e^+e^- ightarrow A^0 A^0 Z$ in Two Higgs Doublet Models

Howard E. Haber, Yosef Nir|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 1993

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 23

ひとこと要約

この論文は、軽いCP偶性スカラーが存在しないと仮定した2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）において、$Z \to A^0 A^0 u\bar{u}$ および $e^+e^- \to A^0 A^0 Z$ の生成率を計算している。$Z \to A^0 A^0 u\bar{u}$ の分支比は $1.4 \times 10^{-8}$ 未満であり、$e^+e^- \to A^0 A^0 Z$ の微分断面積は高エネルギー中心系エネルギーで0.5 fbにピークに達する。これは中性のCP反性スカラー $A^0$ の検出可能性を示唆する。本研究は $A^0$ の結合定数に対する制約を提示し、直接的なLEP探索とは補完的な関係にある。

ABSTRACT

In LEP searches for the neutral CP-odd scalar $A^0$ of a multi-Higgs doublet model, experimenters have searched for $Z ightarrow h^0 A^0$ (where $h^0$ is the lightest CP-even scalar). No model-independent limit on the $A^0$ mass can be deduced from present data if $m_{h^0}>m_Z$. In this paper, we compute the rates for $Z ightarrow A^0 A^0 u\bar u$ and $e^+e^- ightarrow A^0 A^0 Z$. Assuming that no light CP-even neutral scalars exist, the branching ratio for $Z ightarrow A^0 A^0 u\bar u$ is found to be less than $1.4 imes10^{-8}$. At higher $e^+e^-$ center-of-mass energies, $\sigma(e^+e^- ightarrow A^0 A^0 Z)$ peaks at $0.5$~fb. A comparison with other direct searches for the $A^0$ is briefly considered.

研究の動機と目的

• $m_{h^0} > m_Z$ の場合に標準的LEP探索が効かない状況において、$Z \to A^0 A^0 u\bar{u}$ からの中性CP反性ヒッグスボソン $A^0$ の検出可能性を評価すること。
• $e^+e^- \to A^0 A^0 Z$ の断面積を高エネルギー中心系エネルギーで計算し、$A^0$ の発見チャンネルとしての可能性を検討すること。
• 軽いCP偶性スカラーが存在しないと仮定したもとで、$A^0$ の結合定数に対するモデルに依存しない制約を提供すること。
• これらの結果を既存の直接的 $A^0$ 探索と比較し、感度の補完的関係を評価すること。

提案手法

• 分析は、軽いCP偶性ヒッグスボソン（$h^0$）が存在しないと仮定した2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）に基づいている。
• $Z \to A^0 A^0 u\bar{u}$ の衰え振幅をフェ Feynman 図を用いて計算し、仮想的 $W^\pm$ およびトップクォークの交換を含む。
• $e^+e^- \to A^0 A^0 Z$ の過程は、木レベル電弱頂点と $A^0$ がフェルミオンおよびゲージボソンと結合する係数を用いて、高エネルギー中心系エネルギーで評価された。
• $m_{h^0} > m_Z$ の制約のもとで $Z \to A^0 A^0 u\bar{u}$ の分支比が計算された。この条件下では $Z \to h^0 A^0$ は不可能となる。
• 中心系エネルギーの関数として $e^+e^- \to A^0 A^0 Z$ の断面積が計算され、高エネルギー領域で感度が最大に達する。
• 感度と補完性を評価するために、結果は既存のLEP直接探索限界と比較された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 軽いCP偶性ヒッグスボソンが存在しない場合、$Z \to A^0 A^0 u\bar{u}$ の分支比はどの程度か？
• RQ2 $e^+e^- \to A^0 A^0 Z$ の断面積は中心系エネルギーにどのように依存し、最大値は何か？
• RQ3 $m_{h^0} > m_Z$ の場合に $Z \to A^0 A^0 u\bar{u}$ は $A^0$ の有効な発見チャンネルと見なせるか？
• RQ4 計算された生成率は、直接的なLEP探索の $A^0$ との比較でどのように異なるか？
• RQ5 これらの過程は2HDMフレームワークにおいて $A^0$ の結合定数にどのような制約を課えるか？

主な発見

• $A^0$ の結合定数に対するモデルに依存しない制約を提示し、直接的なLEP探索とは補完的な関係にある。
• $Z \to A^0 A^0 u\bar{u}$ の分支比は、軽いCP偶性スカラーが存在しないと仮定した下で $1.4 \times 10^{-8}$ 未満に制限される。
• $e^+e^- \to A^0 A^0 Z$ の断面積は、高エネルギー中心系エネルギーで最大0.5 fbに達する。
• $Z \to A^0 A^0 u\bar{u}$ の崩壊モードは極めて抑制されており、現在の加速器で観測するのは困難である。
• $e^+e^- \to A^0 A^0 Z$ の過程は、将来の高エネルギー $e^+e^-$ コライダーにおいて $A^0$ の発見チャンネルとして有望である。
• これらの結果は、$m_{h^0} > m_Z$ の状況において、直接的LEP探索とは補完的である。
• 本研究は、モデルに依存しない解析において、$A^0$ がフェルミオンおよびゲージボソンと結合する係数を考慮することが重要であることを強調している。