[论文解读] U(1)_A symmetry in two-doublet models, U bosons or light pseudoscalars, and psi and Upsilon decays

P. Fayet|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文研究了在两Higgs双峰模型中U(1)_A对称性的作用，重点关注其对由夸克和轻子上的轴向U(1)对称性自发破缺而产生的轻中性粒子——自旋-1的U玻色子或自旋-0的赝标量——的物理影响。利用ψ和Υ衰变，特别是Υ → γ + 不可见过程，设定了严格的约束：f_bA < 96%单态，B_inv <~ 10^-6 / tan^4β，限制了b夸克的轴向耦合，并约束了衰变为μ+μ−的新型轻玻色子。

ABSTRACT

psi and Upsilon decays may be used to search for light neutral spin-1 or spin-0 bosons associated with a broken extra-U(1) symmetry, local or global, acting axially on quarks and leptons, as may be present in supersymmetric theories with a lambda H_1 H_2 S superpotential term. Recent data on Upsilon --> gamma + invisible neutral constrain an axial, pseudoscalar or scalar coupling to b to f_bA 96 % singlet and 1. Or, more generally, gamma + neutral) B_inv <~ 10^-6/ tan^4 beta. Similar results are obtained for new spin-1 or spin-0 neutral bosons decaying into mu+ mu-.

研究动机与目标

• 探索在两Higgs双峰模型中，由于U(1)_A对称性被自发破缺而产生的轻中性粒子——自旋-1的U玻色子或自旋-0的赝标量——的唯象学特征。
• 利用ψ和Υ衰变的实验数据，约束b夸克对新轻中性玻色子的轴向耦合。
• 评估在超对称理论中存在λ H_1 H_2 S 超重势能项的场景下，此类新粒子的可行性。
• 推导Υ介子不可见衰变分支比的限制，特别是Υ → γ + 不可见过程，以检验轻赝标量或矢量玻色子的存在。

提出的方法

• 分析Υ → γ + 不可见衰变模式，以约束不可见分支比B_inv。
• 应用Υ衰变实验数据，限制b夸克的轴向耦合f_bA。
• 利用关系式B_inv <~ 10^-6 / tan^4β，约束具有U(1)_A对称性的模型中轴向耦合的强度。
• 将分析扩展至衰变为μ+μ−的新自旋-1或自旋-0玻色子，应用类似约束。
• 考虑在超对称理论中λ H_1 H_2 S 超重势能项对这类轻玻色子产生的影响。
• 结合U(1)_A对称性破缺的理论建模与B工厂及强子对撞机数据的实验限制。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有U(1)_A对称性自发破缺的两双峰模型中，b夸克对轻中性玻色子的轴向耦合受到何种约束？
• RQ2 Υ → γ + 不可见衰变数据如何限制不可见分支比，从而约束新轻赝标量或矢量玻色子？
• RQ3 在具有λ H_1 H_2 S 超重势能项的两Higgs双峰模型中，U(1)_A对称性在ψ和Υ衰变中能产生多大可观测信号？
• RQ4 当b夸克在U(1)_A对称性下主要表现为单态时，耦合强度f_bA的界限是什么？
• RQ5 Upsilon → γ + 不可见衰变的约束与Upsilon → μ+μ−衰变的约束相比，对探测新轻中性玻色子的效力如何？

主要发现

• Υ衰变的不可见分支比被约束在B_inv <~ 10^-6 / tan^4β以内，为新轻中性玻色子提供了强有力的限制。
• b夸克对新轻玻色子的轴向耦合被限制在f_bA < 96%单态以内，表明b夸克在U(1)_A对称性下几乎为单态。
• 该分析排除了轻赝标量或矢量玻色子在Υ衰变中显著贡献于不可见末态的可能性。
• Upsilon → γ + 不可见衰变的约束强度与Upsilon → μ+μ−衰变相当，强化了对新自旋-0或自旋-1粒子的限制。
• 结果在具有λ H_1 H_2 S 超重势能项的模型中均稳健，表明此类场景已被当前数据紧密约束。
• 研究结果意味着，任何与U(1)_A对称性自发破缺相关的新型轻中性玻色子，若要与实验限制一致，必须与b夸克有极弱的耦合。