[论文解读] 2HDM(II) radiative corrections in leptonic tau decays

M. Krawczyk, David Temes|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 10

一句话总结

本文在CP守恒的2HDM(II)框架下计算了轻子tau衰变中的单圈辐射修正，表明包含中性与带电Higgs玻色子的圈图贡献在大tanβ情况下显著超过树图级H⁺交换贡献，尤其在大tanβ区域。关键结果是：基于tanβ函数，获得了对带电Higgs质量$M_{H^+}$的新、显著不同的下限，同时得到了$M_{H^\pm}$的额外上限，且在SM类h的场景中，当Higgs玻色子质量较重且简并时，圈修正消失。

ABSTRACT

The one-loop contributions to the branching ratios for leptonic tau decays are calculated in the CP conserving 2HDM(II). We found that these one-loop contributions, involving both neutral and charged Higgs bosons, dominate over the tree level H^+ exchange, the latter one being totally negligible for the decay into electrons. The analysis is focused on large tanbeta enhanced contributions to the considered branching ratios and we derive a simple analytical expression for one-loop contribution in this case. The leptonic branching ratios of tau have a large potential of constraining parameters of the model, being complementary to direct searches through Higgsstrahlung processes for h(H), and provide upper limits on Yukawa couplings for both light h and light A scenarios. In this work, we derive new lower limit on mass of $M_{H^+}$ as a function of tanbeta which differs significantly from what was considered as standard constraint based on the tree H^+ exchange only. Interestingly we obtain also an upper limit on $M_{H^\\pm}$. For a SM-like h scenario, with heavy and degenerate additional Higgs bosons, one-loop corrections disappear.

研究动机与目标

• 分析CP守恒2HDM(II)框架下轻子tau衰变中的单圈辐射修正。
• 评估在大tanβ区域中，圈图贡献相对于树图级H⁺交换的主导性。
• 在大tanβ极限下，推导单圈贡献的解析表达式。
• 利用轻子分支比，建立对带电Higgs质量$M_{H^+}$和Yukawa耦合的新约束。
• 探讨tau衰变测量与直接Higgsstrahlung搜索在约束模型方面的互补性。

提出的方法

• 在CP守恒的2HDM(II)中采用单圈量子场论计算。
• 通过圈图的解析简化，聚焦于大tanβ增强的分支比贡献。
• 在圈修正中同时包含中性与带电Higgs玻色子的交换。
• 在大tanβ极限下，推导出单圈振幅的简化解析表达式。
• 将单圈贡献与树图级H⁺交换振幅进行比较，以评估其主导性。
• 利用轻子分支比作为约束，推导$M_{H^+}$和Yukawa耦合的限制。

实验结果

研究问题

• RQ1 在2HDM(II)中，包含中性与带电Higgs玻色子的单圈贡献如何影响轻子tau衰变的分支比，相较于树图级H⁺交换？
• RQ2 在大tanβ极限下，主导单圈贡献的解析形式是什么？
• RQ3 轻子分支比如何约束2HDM(II)中轻希格斯玻色子（h和A）的Yukawa耦合？
• RQ4 从单圈修正中推导出的$M_{H^+}$的修正下限是什么？它与标准树图级约束有何不同？
• RQ5 在Higgs玻色子质量较重且简并的SM类h场景中，单圈修正是否消失？

主要发现

• 在轻子tau衰变中，包含中性与带电Higgs玻色子的单圈贡献在大tanβ情况下显著主导于树图级H⁺交换。
• 对于tau → eνν衰变模式，树图级H⁺交换贡献可忽略不计。
• 在大tanβ极限下，推导出单圈振幅的新解析表达式。
• 轻子分支比为轻h与轻A场景下的Yukawa耦合提供了上限。
• 基于单圈修正，获得了作为tanβ函数的$M_{H^+}$的新、显著不同的下限，与标准树图级约束不同。
• 发现$M_{H^\pm}$的上限，表明圈效应带来了非平凡的约束。
• 在Higgs玻色子质量较重且简并的SM类h场景中，单圈修正消失。