[论文解读] CP violation in charged Higgs boson decays

Ekaterina Christova, H. Eberl+1 more|ArXiv.org|Dec 1, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文研究了在复数MSSM中，带电Higgs玻色子衰变中的CP破坏衰变速率不对称性，重点关注 $H^\pm \to tb$、$H^\pm \to \nu\tau$ 和 $H^\pm \to W^\pm h^0$ 衰变模式。通过使用具有复数三线耦合和规范ino质量的一圈SUSY修正，发现 $H^\pm \to tb$ 的不对称性最高可达20%，且对 $A_t$ 相位最敏感；而 $H^\pm \to W^\pm h^0$ 的不对称性最高可达2%，并依赖于 $A_\tau$ 和 $M_1$ 的相位。

ABSTRACT

CP violation in H^\pm decays into the three possible decay modes into ordinary particles, 1) H^\pm o tb, 2) H^\pm o ντand 3) H^\pm o W^\pm h^0 is considered. Analytic expressions and numerical results for the CP violating decay rate asymmetries in the MSSM are obtained. Increasing anβthe asymmetries for the fermionic decays, H^\pm o tb and H^\pm o ντ, decrease and it increases for H^\pm o W^\pm h^0. The asymmetry of H^\pm o tb is most sensitive to the phase of $A_t and can go up to 20%, the asymmetries of 2) and 3) depend mainly on the phases of A_τand M_1. The asymmetry of 2) is smaller than 0.5% and of 3) can reach up to 2%.

研究动机与目标

• 在复数MSSM中研究带电Higgs衰变中的CP破坏衰变速率不对称性。
• 识别 $H^\pm \to tb$、$H^\pm \to \nu\tau$ 和 $H^\pm \to W^\pm h^0$ 衰变中CP不对称性的主要SUSY圈修正贡献。
• 确定不对称性对MSSM参数的依赖性，特别是对 $A_t$、$A_\tau$、$A_b$ 和 $M_1$ 相位以及 $\tan\beta$ 的依赖性。
• 评估这些不对称性在ILC或CLIC等未来对撞机上的可观测性，考虑分支比和亮度约束。

提出的方法

• 对涉及顶夸克伴子、底夸克伴子和胶微子的 $H^\pm tb$ 顶点及自能图进行一阶圈修正的解析计算。
• 利用圈积分的虚部，推导出CP奇不对称性 $\delta^{CP}_f = \left[\Gamma(H^+ \to f) - \Gamma(H^- \to \bar{f})\right] / \left[\Gamma(H^+ \to f) + \Gamma(H^- \to \bar{f})\right]$。
• 使用SUSY粒子对 $\delta Y^{CP}$ 贡献的解析表达式，对不对称性进行数值评估，固定SUSY谱参数。
• 在允许 $\phi_1$ 非零的前提下，使用GUT关系处理规范ino质量（$|M_1| = \frac{5}{3}\tan\theta_W |M_2|$）。
• 对 $H^\pm \to \nu\tau$ 和 $H^\pm \to W^\pm h^0$ 衰变进行独立分析，重点研究 $\tilde{\tau}$、$\tilde{\nu}$、$\tilde{\chi}^\pm$ 和 $\tilde{\chi}^0$ 圈的贡献。
• 在 $m_{H^\pm}$、$\tan\beta$ 和相位的范围内评估分支比和不对称性，以识别具有最大不对称性的参数区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 在MSSM中，$H^\pm \to tb$ 衰变的CP破坏衰变速率不对称性 $\delta^{CP}_{tb}$ 的大小及其参数依赖性如何？
• RQ2 如何影响 $H^\pm \to \nu\tau$ 衰变中不对称性 $\delta^{CP}_{\nu\tau}$ 的 $A_\tau$ 和 $M_1$ 相位？
• RQ3 $H^\pm \to W^\pm h^0$ 衰变中 $\delta^{CP}_{Wh^0}$ 的大小和敏感性如何？哪些SUSY圈是主导贡献？
• RQ4 这些不对称性是否可在ILC或CLIC等未来对撞机上被观测到？需要多大亮度？
• RQ5 $\tan\beta$ 如何影响三种衰变模式中CP不对称性的抑制或增强？

主要发现

• 在具有复数 $A_t$ 相位的MSSM中，CP不对称性 $\delta^{CP}_{tb}$ 最高可达20%，且对 $\phi_{A_t}$ 最为敏感，对 $\phi_{A_b}$ 几乎无依赖。
• $H^\pm \to \nu\tau$ 的不对称性 $\delta^{CP}_{\nu\tau}$ 始终低于0.5%，主要取决于 $A_\tau$ 和 $M_1$ 的相位，且对 $\phi_{A_\tau}$ 和 $\phi_{M_1}$ 的依赖符号相反。
• 对于 $H^\pm \to W^\pm h^0$，当 $m_{H^\pm}$ 和 $\tan\beta$ 较小时，不对称性 $\delta^{CP}_{Wh^0}$ 最高可达2%，且对 $\phi_{A_\tau}$ 和 $\phi_{M_1}$ 敏感。
• $\delta^{CP}_{tb}$ 的主要圈修正贡献来自 $\tilde{t}\tilde{b}$ 自能图和 $\tilde{g}\tilde{t}\tilde{b}$ 顶点修正，而 $\tilde{\chi}^\pm$、$\tilde{\chi}^0$ 和 $\tilde{\tau}$ 的贡献可忽略不计。
• 对于 $H^\pm \to W^\pm h^0$，当 $m_{H^\pm} < 300$ GeV 时，$\tilde{\nu}$ 和 $\tilde{\tau}$ 圈占主导；在更高 $m_{H^\pm}$ 时，$\tilde{\chi}^\pm$ 和 $\tilde{\chi}^0$ 圈占主导。
• $H^+ \to W^+h^0$ 的分支比最高可达10%，而 $H^+ \to \nu\tau^+$ 在低于 $tb$ 阈值时占主导，影响 $\delta^{CP}_{\nu\tau}$ 的可观测性。