[论文解读] Scalar-Mediated Flavor-Changing Neutral Currents

Marc Sher|ArXiv.org|Sep 30, 1998

Advanced Combustion Engine Technologies被引用 3

一句话总结

本文研究了在两希格斯双重模型中由标量粒子介导的味改变中性流（FCNCs），表明对 Yukawa 耦合的自然大小估计可抑制奇异夸克系统中的 FCNC，但会增强第三代中的 FCNC。文章指出 $B_s \to \mu\tau$ 和 $\mu \to e\gamma$ 是关键信号，并讨论了对μ子反常磁矩的影响。

ABSTRACT

The simplest extension of the standard model involves adding a scalar doublet--the so-called two-Higgs model. In general, the additional scalar will mediate tree-level flavor-changing neutral currents. Although one can arbitrarily impose a discrete symmetry to avoid these, it isn't necessary to do so; reasonable assumptions about the size of the flavor-changing couplings can make them sufficiently small as to avoid problems in the kaon sector. However, these same assumptions give much larger effects in the third-family case. We discuss the model, the "reasonable assumptions" on the size of the couplings, and examine phenomenological bounds on the couplings, showing that the most promising signatures are from $B_s --> μτ$, $μ--> eγ$, etc. We then include the newest result which shows potentially significant effects on the anomalous magnetic moment of the muon.

研究动机与目标

• 分析具有标量双重扩展的两希格斯双重模型中树图味改变中性流（FCNCs）的理论现象学。
• 评估对 Yukawa 耦合大小的自然假设是否能在奇异夸克系统中抑制 FCNC，同时在第三代中允许可观测效应。
• 识别标量介导 FCNC 的可行实验信号，特别是稀有衰变和轻子味违反过程。
• 将μ子反常磁矩的最新约束纳入模型的理论约束范围。

提出的方法

• 构建一个带有附加标量双重的两希格斯双重模型，通过非统一的 Yukawa 耦合引入树图 FCNC。
• 对味破坏 Yukawa 耦合的大小施加“合理假设”，通过小混合角估算其在奇异系统中的抑制。
• 利用 GIM 机制和类似 GIM 的抑制方法，估算不同夸克和轻子家族中 FCNC 幅值的相对大小。
• 在这些耦合假设下，评估 $B_s \to \mu\tau$ 和 $\mu \to e\gamma$ 等稀有过程的分支比。
• 将μ子反常磁矩的最新实验结果纳入模型参数空间的约束。
• 将理论预测与现有来自奇异物理、轻子味违反和精确电弱可观测量的实验限制进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 对味破坏 Yukawa 耦合大小的自然估计是否能在奇异系统中抑制树图 FCNC，同时在第三代中增强其效应？
• RQ2 在两希格斯双重模型中，标量介导 FCNC 的主要实验信号是什么？
• RQ3 μ子反常磁矩的约束如何影响标量介导 FCNC 的可行性？
• RQ4 该模型在不违反现有实验限制的前提下，能在多大程度上解释如 $B_s \to \mu\tau$ 和 $\mu \to e\gamma$ 这类稀有衰变？
• RQ5 该模型对第三代中的轻子味违反和味改变中性流有何影响？

主要发现

• 在对味破坏 Yukawa 耦合大小施加合理假设的前提下，由附加标量介导的树图 FCNC 在奇异夸克系统中受到抑制。
• 相同的假设导致第三代费米子系统中的 FCNC 效应显著增强，尤其体现在 $B_s \to \mu\tau$ 衰变中。
• $\mu \to e\gamma$ 过程因其来自第三代耦合的增强贡献，被识别为有前景的实验信号。
• 该模型的预测与当前μ子反常磁矩的约束一致，表明未来可能具有敏感探测潜力。
• 在模型参数空间下，$B_s \to \mu\tau$ 的分支比有望被未来的味物理实验探测到。
• 研究表明，FCNC 并非必须由对称性禁止；自然抑制可使其在现象学上可行。