[论文解读] Light Charged Higgs and Lepton Universality in W boson Decays

Radovan Dermíšek|ArXiv.org|Jul 14, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 9

一句话总结

该论文提出，一个质量接近 W 玻色子质量的轻量带电 Higgs 玻色子，通过主要衰变为 W* 和一个轻量 CP 奇异 Higgs (A)，可解释 LEP 实验中观测到的 W→τν 分支比超出 2.8σ 的现象，且不违反其他约束。该模型在 mA ≪ mW 且 tanβ ≤ 2.5 的 MSSM 类似情形下成立，通过主导的 H±→W*A 衰变自然抑制 H±→τν 分支比，从而避开 LEP 和 Tevatron 的限制，同时符合 W 衰变中轻子味非守恒的现象。

ABSTRACT

We study the effect of a light charged Higgs appearing in supersymmetric models containing two Higgs doublets on the measurement of leptonic branching ratios of the W boson at LEP. We show that the $2.8 σ$ excess of the branching ratio $W o τν$ with respect to the other leptons correlates well with the existence of charged Higgs with mass close to the mass of the W boson which dominantly decays into $W^\star$ and a light CP odd Higgs boson $A$ with mass below $2m_b$, so that it decays into $τ^+ τ^-$ and $c \bar c$. There are no searches for the charged Higgs in this channel and thus it could be discovered in LEP data or at the Tevatron where it would be frequently produced in top quark decays.

研究动机与目标

• 解释 LEP 实验中观测到的 W→τν 衰变中偏离轻子味非守恒的 2.8σ 偏差，该现象显示其分支比高于 W→eν 或 W→μν。
• 在超对称模型中识别一种可行机制，避免实验约束的同时解释观测到的 W 衰变异常。
• 探讨轻量 CP 奇异 Higgs (A) 在 mA < 2mb 条件下如何促进质量接近 mW 的带电 Higgs (H±) 的产生，使其主要衰变为 W*A。
• 证明该情形可解释 LEP 数据，同时与 Tevatron 测量结果一致，后者中轻子味非守恒成立。
• 强调该 H± 可能通过其衰变为 W*A 及后续 A→τ+τ− 或 A→c¯c 在 LEP 或 Tevatron 上被发现。

提出的方法

• 使用双 Higgs 双重态的 MSSM 框架来建模带电 Higgs (H±) 及其与费米子的耦合，其大小与费米子质量成正比。
• 应用关系式 mH± ≈ √(mW² + mA² − Δ′) 表明，当 mH± ≈ mW 时，需满足 mA ≪ mW。
• 分析 H± → W*A 的衰变模式，其中 A → τ+τ− 或 c¯c，该过程抑制 H±→τν 并避开直接的 LEP 和 Tevatron 搜索。
• 通过 W+W− 和 H+H− 产生截面比估算对轻子味非守恒的有效贡献，使用 Rτ/l = 2B(W→τν)/(B(W→eν)+B(W→μν))。
• 利用 LEP 实验数据（Rτ/l^exp = 1.073 ± 0.026）与模型预测对比，针对 mH± ≈ 75–85 GeV 且 B(H±→τν) ≈ 20–60% 的 H± 状态。
• 对允许的参数空间进行现象学分析，基于假设 B(H±→τν)=1 的 LEP 限制排除部分区域，并识别出 mA ≪ mW 且 tanβ ≤ 2.5 的可行区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 一个质量接近 W 玻色子的轻量带电 Higgs 玻色子，能否解释 LEP 实验中观测到的 W→τν 分支比超出 2.8σ 的现象？
• RQ2 尽管其与 τν 耦合显著，该带电 Higgs 如何避开现有的 LEP 和 Tevatron 搜索？
• RQ3 轻量 CP 奇异 Higgs (A) 在 mA < 2mb 条件下，如何在抑制 H±→τν 分支比方面发挥作用，并使该模型保持可行性？
• RQ4 为何 Tevatron 对 W→τν 的测量与轻子味非守恒一致，而 LEP 却不一致？这一差异能否由单一新物理机制解释？
• RQ5 该情形是否能在满足电弱精确约束和味破坏约束的前提下，在 MSSM 类似模型中自然实现？

主要发现

• 质量在 75–85 GeV 之间、分支比 B(H±→τν) ≈ 20–60% 的带电 Higgs 可解释 LEP 实验中观测到的 W→τν 分支比 2.8σ 偏差。
• 主要衰变模式 H± → W*A（其中 A → τ+τ− 或 c¯c）抑制了 H±→τν，使该粒子可避开 LEP 和 Tevatron 的直接搜索。
• 该情形在 m_A ≪ m_W 且 tanβ ≤ 2.5 的参数区域最为可行，此时轻量 CP 偶 Higgs h 接近 SM 特性，且 H± 质量自然接近 mW。
• 该模型预测完全轻子末态的 Rτ/l^l ≈ 1.073，与实验值在 2.8σ 范围内一致。
• 强子末态贡献（Rτ/l^h）估计约为 1.07–1.10，尽管由于 W*A 衰变导致的复杂事件末态，该估算仅为粗略近似。
• 该参数空间与现有约束一致，并在超对称框架下为 LEP 异常提供了一个引人注目且现象学上可行的解释。