[论文解读] Effects of a charged Higgs boson in $B ightarrow D^{(*)} au u$ decays

Alejandro Celis|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 17被引用 3

一句话总结

本文研究了在两种希格斯双重模型（2HDM）中，带电希格斯 boson 是否能够解释 B → D*τν 衰变中观测到的 R(D*) 分支比过剩，同时与其他味物理约束保持一致。研究发现，树图级带电希格斯贡献要求 Yukawa 耦合偏离家族通用性，且当前 R(D*)、Br(B→τν) 和 D(s) 轻子衰变的数据与 2HDM 不兼容，除非引入新的味结构。

ABSTRACT

In this talk I consider the current status of $B ightarrow D^{(*)} au u$ decays in the context of two-Higgs-doublet models. The BaBar collaboration has reported an excess in semileptonic $b ightarrow c au u$ transitions that has gathered recent interest as a possible signature of new physics. The sensitivity of these decays to tree-level charged Higgs boson contributions is discussed, taking into account the constraints from other semileptonic and leptonic meson decays in which the charged Higgs would enter at the same level.

研究动机与目标

• 评估 2HDM 中的带电希格斯 boson 是否能够解释 BaBar 数据中观测到的 R(D*) 过剩。
• 检查此类情形与树图级带电希格斯参与的其他半轻子和轻子衰变中现有约束的相容性。
• 确定是否可在不引入树图级味改变中性流（FCNC）的情况下解释观测到的 R(D*) 异常。
• 识别在 2HDM 中为调和 R(D*) 与实验数据同时满足其他味可观测量所需的 Yukawa 耦合结构。
• 探索 B→D(∗)τν 衰变中的特定运动学可观测量是否可作为独立于 Yukawa 结构的带电希格斯贡献的清晰探测器。

提出的方法

• 使用对齐的两种希格斯双重模型（A2HDM）通过复数、味非通用的对齐参数 ςf 参数化带电希格斯对费米子的耦合。
• 应用有效拉格朗日量 L ⊃ −√2/v H+ [¯u(ςdVMdPR − ςuM†uVPL)d + ςl¯νMlPRl] + h.c. 描述树图级带电希格斯相互作用。
• 将 R(D)、R(D*)、Br(B→τν) 和 D(s) 轻子衰变的理论预测与实验测量值及标准模型预期进行比较。
• 在 ςdς∗l/M²H± 和 ςuς∗l/M²H± 的复平面上执行全局拟合，以确定 95% 置信水平下的允许区域。
• 识别出对带电希格斯贡献不敏感的运动学可观测量 X1(q²) 和 XD∗₂(q²)，因此可作为探测非标量新物理的清晰探针。
• 利用 LEP 和 Belle/BaBar 数据的精密测量约束带电希格斯质量与 Yukawa 耦合。

实验结果

研究问题

• RQ1 2HDM 中的带电希格斯 boson 是否能够解释 B → D*τν 衰变中观测到的 R(D*) 过剩？
• RQ2 来自其他味可观测量（如 Br(B→τν)、D(s)→τν 和 π/τ 衰变）对带电希格斯质量与 Yukawa 耦合的约束是什么？
• RQ3 是否可能在不引入树图级味改变中性流的情况下解释 2HDM 中的 R(D*) 异常？
• RQ4 B→D(∗)τν 衰变中的哪些运动学可观测量对带电希格斯贡献不敏感，因而可作为新物理的清晰检验？
• RQ5 为在 2HDM 框架下同时解释 R(D*) 和 Br(B→τν)，所需的 Yukawa 耦合结构是什么？

主要发现

• BaBar 对 R(D*) = 0.332±0.024±0.018 的测量显示，其相对于标准模型预测值 0.252±0.002±0.003 的过剩达到 2.7σ。
• 当使用更新的格点 QCD 计算后，R(D) = 0.440±0.058±0.042 的实验值现在与标准模型一致，异常的显著性降低。
• 在不偏离 Yukawa 耦合家族通用性的情况下，无法同时用 2HDM 解释 R(D*)、Br(B→τν) 和 D(s) 轻子衰变率。
• 为解释 R(D*) 所需的 Re(ςuς∗l)/M²H± 的优选值为负，而为解释 Br(B→τν) 和 D(s)→τν 所需的值则偏好正值，表明存在强烈张力。
• LEP 对 Z→bb¯ 和 Z→ff¯ 宽度的约束表明，MH± > 39.6 GeV（95% 置信水平），且该结果与衰变模式或 Yukawa 结构无关。
• 可观测量 X1(q²) 和 XD∗₂(q²) 对带电希格斯贡献不敏感，因此可在未来基于 q² 分箱的分析中用作探测非标量新物理的工具。