[论文解读] $b ightarrow s \gamma$ and $\epsilon_b$ Constraints on Two Higgs Doublet Model

Gye T. Park|arXiv (Cornell University)|Nov 2, 1993

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本文利用更新的实验数据分析了双 Higgs 双生模型（2HDM）的约束条件：CLEO II 对稀有衰变 $B \to s\gamma$ 的限制以及 LEP 对 $\epsilon_b$ 的测量。研究发现，当 $\tan\beta \lesssim 1$ 时，$\epsilon_b$ 提供的约束强于 $B \to s\gamma$，尤其是在 $m_t = 150\,\text{GeV}$ 时；且两种约束具有互补性，显著缩小了带电 Higgs 系统的可行参数空间。

ABSTRACT

We perform a combined analysis of two stringent constraints on the 2 Higgs doublet model, one coming from the recently announced CLEO II bound on $B(b \ ightarrow s \\gamma)$ and the other from the recent LEP data on $\\epsilon_b$. We have included one-loop vertex corrections to $Z \ ightarrow b \\overline b$ through $\\epsilon_b$ in the model. We find that the new $\\epsilon_b$ constraint excludes most of the less appealing window $\ an\\beta\\lsim 1$ at $90\\%$C.~L. for $m_t=150\\GeV$. We also find that although $b \ ightarrow s \\gamma$ constraint is stronger for $\ an\\beta>1$, $\\epsilon_b$ constraint is stronger for $\ an\\beta\\lsim 1$, and therefore these two are the strongest and complimentary constraints present in the charged Higgs sector of the model.

研究动机与目标

• 评估更新的实验约束对双 Higgs 双生模型（2HDM）的影响。
• 评估 CLEO II 对 $B \to s\gamma$ 的限制与 LEP 对 $\epsilon_b$ 的数据联合作用于 2HDM 参数空间的效果。
• 确定在不同 $\tan\beta$ 值下，$B \to s\gamma$ 与 $\epsilon_b$ 哪一约束更为严格。
• 研究自能修正对 $Z \to b\bar{b}$ 顶点的影响在塑造 $\epsilon_b$ 约束中的作用。
• 识别出两种约束均不可或缺的参数空间区域，以排除非物理模型。

提出的方法

• 通过 $\epsilon_b$ 参数纳入 $Z \to b\bar{b}$ 的一阶圈修正，该参数反映了 $Z$ 玻色子与底夸克的耦合。
• 模型中通过圈图引入带电 Higgs 对 $B \to s\gamma$ 的贡献，其振幅对 $\tan\beta$ 和 $m_{H^\pm}$ 敏感。
• 在 $m_t = 150\,\text{GeV}$ 条件下评估约束，排除限值采用 90% 置信水平。
• $\epsilon_b$ 约束源自 LEP 对 $Z$ 玻色子衰变不对称性的测量，对依赖于 $\tan\beta$ 的修正敏感。
• 联合分析比较了在不同 $\tan\beta$ 值下 $B \to s\gamma$ 与 $\epsilon_b$ 约束的强弱。
• 研究采用具有类型 II 叶卡夫耦合的 2HDM 框架，聚焦于带电 Higgs 系统。

实验结果

研究问题

• RQ1 CLEO II 对 $B \to s\gamma$ 的限制与 LEP 对 $\epsilon_b$ 的数据如何共同约束双 Higgs 双生模型？
• RQ2 在 $m_t = 150\,\text{GeV}$ 条件下，对于 $\tan\beta \lesssim 1$ 的情形，$B \to s\gamma$ 与 $\epsilon_b$ 哪一约束更为严格？
• RQ3 在哪些 $\tan\beta$ 区域内，$B \to s\gamma$ 与 $\epsilon_b$ 提供互补且非冗余的约束？
• RQ4 对 $Z \to b\bar{b}$ 顶点的一阶圈修正如何影响 2HDM 中 $\epsilon_b$ 约束的形成？
• RQ5 $\tan\beta$ 如何影响两种约束在带电 Higgs 系统中相对强度的差异？

主要发现

• $\epsilon_b$ 约束在 $m_t = 150\,\text{GeV}$ 条件下，于 90% 置信水平下排除了大部分 $\tan\beta \lesssim 1$ 的区域。
• 当 $\tan\beta > 1$ 时，$B \to s\gamma$ 约束强于 $\epsilon_b$。
• 当 $\tan\beta \lesssim 1$ 时，$\epsilon_b$ 约束强于 $B \to s\gamma$，使其成为主导约束。
• 两种约束具有互补性，二者在 $\tan\beta$ 全区间内均未完全相互取代。
• 包含对 $Z \to b\bar{b}$ 顶点的一阶圈修正显著增强了 $\epsilon_b$ 约束的灵敏度。
• 联合约束强烈限制了 2HDM 带电 Higgs 系统中的可行参数空间。