[论文解读] Radiative dileptonic decays of B-meson in the general two Higgs doublet model

G. Erkol, G. Turan|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本文研究了在一般双 Higgs 双生模型（2HDM-III）中，通过中性 Higgs 玻色子交换产生的 CP 破坏效应，探讨了辐射型 dileptonic B 介子衰变（B→γℓ⁺ℓ⁻）的特性。研究发现，正向-反向不对称性（A_FB）和 CP 不对称性（A_CP、A_CP(A_FB)）的量级可达 O(10⁻¹) 至 O(10⁻²)，具体取决于 Yukawa 耦合比值，且对模型参数和 τ 介子耦合具有显著敏感性。

ABSTRACT

We investigate the exclusive $B o γ\ell^+ \ell^- $ decay in the general two Higgs doublet model (model III) including the neutral Higgs boson effects with an emphasis on possible CP-violating effects. For this decay, we analyse the dependencies of the forward-backward asymmetry of the lepton pair, $A_{FB}$, CP-violating asymmetry, $A_{CP}$, and the CP-violating asymmetry in forward-backward asymmetry, $A_{CP}(A_{FB})$, on the model parameters and also on the neutral Higgs boson effects. We have found that $A_{FB}\sim 10^{-1}, 10^{-2}$, $A_{CP}\sim 10^{-2}, 10^{-1}$ and $A_{CP}(A_{FB}) \sim 10^{-2}, 10^{-1}$ depending on the relative magnitude of the Yukawa couplings $\barξ_{N,tt}^{U}$ and $\barξ_{N,bb}^{D}$ in the model III. We also observe that these physical quantities are sensitive to the model parameters and neutral Higgs boson effects are quite sizable for some values of the coupling $\barξ_{N,ττ}^{D}$.

研究动机与目标

• 研究一般双 Higgs 双生模型（2HDM-III）中辐射型 dileptonic 衰变 B→γℓ⁺ℓ⁻ 的特性，特别关注中性 Higgs 玻色子的贡献。
• 分析模型 III 中复数 Yukawa 耦合引起的 CP 破坏效应，其为标准模型之外的额外 CP 破坏来源。
• 量化正向-反向不对称性（A_FB）、CP 不对称性（A_CP）以及正向-反向不对称性中的 CP 不对称性（A_CP(A_FB)）对模型参数和 Higgs 交换效应的敏感性。
• 评估 τ 介子 Yukawa 耦合及质量比 m_h⁰/m_A⁰ 对可观测量的影响，尤其在大 tanβ 条件下。
• 对不对称性作为 CP 相位 sinθ、Yukawa 耦合及 Higgs 质量比函数的全面数值分析。

提出的方法

• 在夸克层次上推导 b→sγℓ⁺ℓ⁻ 的一阶 QCD 修正有效哈密顿量，包含 2HDM-III 中中性 Higgs 玻色子（h⁰、A⁰）的贡献。
• 利用形式因子和 Wilson 系数计算 B→γℓ⁺ℓ⁻ 衰变的矩阵元，整合标准模型与 2HDM-III 的贡献。
• 计算作为轻子对不变质量 q² 函数的正向-反向不对称性（A_FB）。
• 通过 Wilson 系数的虚部与干涉项，定义并计算 CP 破坏不对称性（A_CP）以及正向-反向不对称性中的 CP 不对称性（A_CP(A_FB)）。
• 使用依赖于 Yukawa 耦合（ξ̄_N,tt^U、ξ̄_N,bb^D、ξ̄_N,ττ^D）、CP 相位 sinθ 及 Higgs 质量比的参数化函数 A₁、A₂、B₁、B₂、F₁、F₂ 进行数值分析。
• 采用有效哈密顿量形式，包含 Wilson 系数 C₉^{2HDM}、C₇^{eff}，并通过 Y_reson(s) 函数包含 J/ψ 等 charmonium 状态的共振贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 2HDM-III 中，中性 Higgs 玻色子交换如何影响 B→γℓ⁺ℓ⁻ 衰变中的正向-反向不对称性（A_FB）？
• RQ2 在 2HDM-III 中，CP 破坏不对称性（A_CP 与 A_CP(A_FB)）的大小及其对 CP 相位 sinθ 和 Yukawa 耦合比值的依赖关系如何？
• RQ3 A_FB、A_CP 与 A_CP(A_FB) 对 τ 介子 Yukawa 耦合 ξ̄_N,ττ^D 和质量比 m_h⁰/m_A⁰ 的敏感性如何？
• RQ4 在模型 III 中，复数 Yukawa 耦合是否能产生显著的 CP 破坏效应，超越标准模型的来源？
• RQ5 中性 Higgs 贡献在多大程度上增强了不对称性，特别是在 τ 介子末态中？

主要发现

• 正向-反向不对称性 A_FB 的值在 10⁻¹ 至 10⁻² 量级之间，具体取决于 Yukawa 耦合 ξ̄_N,tt^U 与 ξ̄_N,bb^D 的相对大小。
• CP 破坏不对称性 A_CP 可达 10⁻¹ 至 10⁻²，表明在 2HDM-III 中可能存在可观测的新物理信号。
• 正向-反向不对称性中的 CP 不对称性 A_CP(A_FB) 同样达到 O(10⁻¹) 至 O(10⁻²)，显示出对模型参数与 Higgs 交换效应的强敏感性。
• 中性 Higgs 玻色子的贡献在 τ 介子末态中尤为显著，尤其当 Yukawa 耦合 ξ̄_N,ττ^D 较大时。
• 可观测量 A_FB、A_CP 与 A_CP(A_FB) 对 CP 相位 sinθ 与质量比 m_h⁰/m_A⁰ 显示出强烈依赖性，表明其作为探测新 CP 破坏相位的潜力。
• 结果表明，B→γτ⁺τ⁻ 的 τ 模式衰变对 2HDM-III 中的新物理效应特别敏感，尤其在大 tanβ 条件下，中性 Higgs 交换贡献显著。