[论文解读] B->tau nu in multi-Higgs models with MFV

G. Blankenburg, Gino Isidori|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 19被引用 5

一句话总结

本文在最小 flavor 破坏（MFV）假定下，研究了在两希格斯双重模型中 B →τν 衰变分支比的增强。结果表明，当 Peccei-Quinn 对称性破缺项的大小约为 1/tanβ 且 tanβ 较大时，即使带电希格斯玻色子质量较重（mH ~ 1 TeV），只要 SM 与新物理振幅之间发生 constructive interference，且满足 K→μν、B→Xsγ 和 Bs→μ+μ− 的约束，B →τν 的分支比仍可能比 SM 预测高出约 50%。

ABSTRACT

We analyse the $B ightarrow au u$ decay in a generic two-Higgs doublet model satisfying the MFV hypothesis. In particular, we analyse under which conditions $\BR(B ightarrow au u)$ can be substantially enhanced over its SM value, taking into account the constraints of $K ightarrow \mu u$, $B ightarrow X_s \gamma$, and $B_s ightarrow \mu^+ \mu^-$. We find that for large $ an\beta$ values and Peccei-Quinn symmetry breaking terms of $\cO(1/ an\beta)$ a sizable ($\sim 50%$) enhancement of $\BR(B ightarrow au u)$ is possible, even for $m_H \sim 1$ TeV.

研究动机与目标

• 研究在具有最小 flavor 破坏（MFV）的两希格斯双重模型中，B →τν 衰变分支比是否能显著超越标准模型（SM）预测。
• 识别允许此类增强的特定模型参数与对称性破缺结构，同时满足现有低能 flavor 破坏约束。
• 探索 MFV 框架下 B →τν 衰变振幅与其他 flavor 观测量（如 K →μν、B →Xsγ 和 Bs →μ+μ−）之间的相互作用。

提出的方法

• 构建一个通用的两希格斯双重模型（2HDM），其 Yukawa 耦合结构遵循 MFV 假设，即 flavor 对称性破缺仅通过夸克 Yukawa 耦合产生。
• 将 Yukawa 相互作用矩阵按夸克 Yukawa 矩阵的幂次展开，引入小参数 ϵi 以参数化对精确 U(1)PQ 对称性的偏离。
• 推导带电希格斯与夸克耦合的有效拉格朗日量，表明耦合的 flavor 结构取决于 ϵi 参数与 tanβ。
• 在参数空间（ϵ0, ϵ1, tanβ, mH）中进行全局数值扫描，施加来自 K→μν、B→Xsγ 和 Bs→μ+μ− 的约束，以识别可行区域。
• 分析 SM 与新物理振幅在 B →τν 中的干涉效应，识别导致增强的 constructive interference 条件。
• 使用比值 RBτν = B(B→τν)/B(B→τν)SM 作为关键可观测量，量化与 SM 的偏离。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有 MFV 的 2HDM 中，B →τν 分支比在何种条件下可显著增强？
• RQ2 来自 K→μν、B→Xsγ 和 Bs→μ+μ− 的约束如何限制此类增强的参数空间？
• RQ3 Peccei-Quinn 对称性破缺项与 tanβ 在 B →τν 中实现 constructive interference 的作用是什么？
• RQ4 B →τν 的大幅增强是否能与其它 flavor 观测量中观测到的微小偏离相容？
• RQ5 若 B→τν 增强被实现，对未来 B(K→μν) 测量有何影响？

主要发现

• 在 2HDMMFV 框架下，即使 mH ~ 1 TeV，B(B →τν) 相比 SM 预测仍可能实现约 50% 的增强。
• 此类增强要求 ϵi tanβ 接近 1，表明与 2HDM-II 或未破缺 U(1)PQ 对称性极限存在显著偏离。
• SM 与带电希格斯振幅在 B →τν 中的 constructive interference 是增强的关键，这仅在 ϵ0 与 ϵ1 共同作用以抑制分母 1 + (ϵ0 + ϵ1)tanβ 时才可能实现。
• constructive interference 区域即使在未对 ϵ2 和 ϵ′0,2 进行微调的情况下也密集分布，但 ϵ0 ≈ -1 附近无解，这是由于 K→μν 约束所致。
• 增强最有可能发生的场景是 ϵ0 与 ϵ1 被调制以抑制分母，尤其在 mH 较大时，需精细调制以使新物理振幅保持在 SM 水平。
• 未来 B(K→μν) 精度的提升可能使其成为测试该模型的强大探针，因为在此框架下其与 B(B→τν) 密切相关。