[论文解读] Analysis of the quark sector in the 2HDM-III with a four-zero Yukawa texture using the most recent data on the CKM matrix

O. Félix-Beltrán, F. González-Canales+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 20, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 37被引用 5

一句话总结

本文利用最新的CKM矩阵数据，分析了2HDM-III中具有四零Yukawa纹理的夸克 sector，通过χ²拟合约束Yukawa矩阵参数。结果表明，Cheng与Sher的假设自然地从质量矩阵不变量中导出，并得到了在不同tanβ值和带电Higgs质量（90–500 GeV）下，对角Yukawa项的1σ允许范围，这些范围与味物理约束一致。

ABSTRACT

In this letter we analyse, in the context of the general 2-Higgs Doublet Model, the structure of the Yukawa matrices, $\widetilde{ \bf Y}_{ _{1,2} }^{q}$, by assuming a four-zero texture ansatz for their definition. In this framework, we obtain compact expressions for $\widetilde{ \bf Y}_{ _{1,2} }^{q}$, which are reduced to the Cheng and Sher ansatz with the difference that they are obtained naturally as a direct consequence of the invariants of the fermion mass matrices. Furthermore, in order to avoid large flavour violating effects coming from charged Higgs exchange, we consider the main flavour constraints on the off-diagonal terms of Yukawa texture {{$\left( \widetildeχ_{j}^q ight)_{kl}$}} ($k eq l$). We perform a $χ^2$-fit based on current experimental data on the quark masses and the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa mixing matrix ${ \bf V}_{ m CKM }$. Hence, we obtain the allowed ranges for the parameters $\widetilde{ \bf Y}_{ _{1,2} }^{q}$ at 1$σ$ for several values of $ an β$. The results are in complete agreement with the bounds obtained taking into account constraints on Flavour Changing Neutral Currents reported in the literature.

研究动机与目标

• 利用最新的CKM矩阵数据，分析2HDM-III中具有四零Yukawa纹理的夸克sector。
• 推导抑制味改变中性流（FCNC）的Yukawa矩阵参数约束。
• 证明Cheng与Sher的假设可自然地从费米子质量矩阵不变量中导出。
• 通过χ²拟合，确定在tanβ和带电Higgs质量变化条件下，对角Yukawa纹理参数在1σ下的允许范围。
• 为具有四零纹理的2HDM-III中的数值分析提供更实用的参数化形式。

提出的方法

• 在2HDM-III框架中，对Yukawa矩阵$\widetilde{\mathbf{Y}}_{1,2}^{q}$假设四零纹理的猜想。
• 使用双酉对角化方法，将Yukawa矩阵与物理夸克质量和CKM矩阵关联。
• 对夸克质量和CKM矩阵元素的实验数据进行χ²拟合，以约束Yukawa纹理$\widetilde{\chi}_{j}^{q}$的非对角项和对角项。
• 将非对角项固定以满足味物理约束（即FCNC抑制），并将拟合重点放在对角项$\left(\widetilde{\chi}_{2}^{q}\right)_{kk}$上。
• 在tanβ从2到90、$m_{H^\pm}$从90到500 GeV的范围内变化时，计算对角参数的90%置信水平（CL）允许区域。
• 将结果与现有FCNC约束进行验证，并确认与文献结果一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 在2HDM-III中，具有四零Yukawa纹理是否能通过质量矩阵不变量自然重现Cheng与Sher的假设？
• RQ2 在当前CKM数据和夸克质量数据下，Yukawa纹理的对角元素$\left(\widetilde{\chi}_{2}^{q}\right)_{kk}$的1σ允许范围是什么？
• RQ3 在2HDM-III中具有四零纹理时，Yukawa参数的约束如何依赖于tanβ和$m_{H^\pm}$？
• RQ4 推导出的参数范围是否与现有文献中关于FCNC的味物理约束一致？
• RQ5 所提出的参数化形式是否可作为2HDM-III中数值研究的更实用替代方案？

主要发现

• Cheng与Sher的假设作为费米子质量矩阵不变量的结果自然出现，无需引入人为假设。
• χ²拟合在tanβ = 2, 6, 15, 30下，给出了$\left(\widetilde{\chi}_{2}^{q}\right)_{kk}$参数的90%置信水平允许范围，且$m_{H^\pm} \in (90, 500)$ GeV。
• 当tanβ = 30时，$\left(\widetilde{\chi}_{2}^{u}\right)_{33}$的允许范围为[1.06, 7.2]，而$\left(\widetilde{\chi}_{2}^{d}\right)_{33}$的范围为[0.02, 1.0]，表明第三代耦合显著抑制。
• 在tanβ = 30时，拟合的χ²值为1.38（上型）和0.78（下型），表明与实验数据高度一致。
• 结果与文献中关于FCNC的现有约束完全一致，验证了方法的有效性。
• 所提出的参数化形式被推荐为未来具有四零纹理的2HDM-III中更实用且可实施的参数化方案。