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本稿では、一般的な2HDM（Two-Higgs Doublet Model）において、電子の電気双極子モーメント（EDM）とレプトンフレーバーを破る崩壊μ→eγ、τ→e/μγのレートを、完全な2ループレベルで初めて計算した結果を示す。
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研究目的
この研究の目的は、一般的な2HDMにおいて、電子の電気双極子モーメント（EDM）とレプトンフレーバーを破る崩壊μ→eγ、τ→e/μγのレートを、完全な2ループレベルで計算することである。
方法
- ファインマン図の計算には、FORMとRefs.[28, 29]で開発されたアルゴリズムに基づくパッケージMaRTIn[26]を使用した。
- ファインマン図はqgraf[30]を用いて生成した。
- ファインマン則の具体的な形は、FeynRulesパッケージ[31]を用いて求めた。
- 計算は、電弱セクターにおいて背景場ゲージ法を用いて行われた。
- 計算は、外部運動量に関して2次、電子の質量に関して線形な項までを保持する、leading-logarithmicおよびnext-to-leading logarithmicの精度で行われた。
主な結果
- 論文では、一般的な2HDMにおける電子のEDMとレプトンフレーバーを破る崩壊μ→eγ、τ→e/μγのレートに対する、完全な2ループレベルでの計算結果が示されている。
- 1ループおよび2ループレベルでの寄与が詳細に議論され、それぞれの寄与に対応する解析的な式が提示されている。
- 特に、論文では、大きな湯川結合の階層が存在する場合に、2ループ図から数値的に大きな寄与が生じる可能性があることが強調されている。
意義
この研究は、2HDMにおけるフレーバー物理とCP対称性の破れの理解を深める上で、重要な貢献をしている。電子のEDMとレプトンフレーバーを破る崩壊のレートに対する正確な予測は、LHCや低エネルギー実験における新しい物理探索に重要な意味を持つ。
制限と今後の研究
- この研究では、クォークセクターからの寄与は考慮されていない。
- 今後の研究では、これらの結果を用いて、2HDMのパラメータ空間に対する制限を調べることが考えられる。
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Electron EDM and $\Gamma(\mu \to e \gamma)$ in the 2HDM
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本研究で得られた結果は、他のフレーバー物理の観測量、例えばミュー粒子の異常磁気モーメントなどにどのような影響を与えるだろうか？
本研究では、一般化された2HDMにおける電子の電気双極子モーメント(EDM)とレプトンフレーバーを破る崩壊μ→eγ、τ→e/μγのレートについて、完全な2ループ計算が初めて提示されました。この結果は、ミュー粒子の異常磁気モーメント(g-2)のような他のフレーバー物理の観測量にも重要な影響を与えます。
ミュー粒子の異常磁気モーメント(g-2): 本研究で計算されたものと類似した2ループダイアグラムは、ミュー粒子のg-2にも寄与します。特に、重いニュートラルおよび荷電ヒッグス粒子を含むループは、ミュー粒子の磁気モーメントに大きな補正を与える可能性があります。本研究で得られた結果は、2HDMのパラメータ空間に対する制限をさらに強化するために、ミュー粒子のg-2の精密測定と組み合わせることができます。
レプトンフレーバーを破る他の崩壊: 本研究で開発された計算手法は、τ→μμμやτ→eeeなどの他のレプトンフレーバーを破る崩壊の分岐比を予測するためにも使用できます。これらの崩壊モードに対する感度が向上することで、2HDMのフレーバー構造に関する貴重な情報が得られる可能性があります。
相関関係: 電子のEDM、ミュー粒子のg-2、レプトンフレーバーを破る崩壊は、すべて2HDMの同じ基礎となるパラメータに敏感です。これらの観測量の相関関係を調べることで、モデルの妥当性を検証し、そのパラメータ空間をさらに制限することができます。
2HDMの特定のシナリオ、例えばアラインメントリミットなどでは、これらの計算結果はどのように簡略化されるだろうか？
2HDMの特定のシナリオでは、計算結果が大幅に簡略化されます。アラインメントリミットはそのようなシナリオの一例です。
アラインメントリミット: アラインメントリミットでは、2つのヒッグス二重項の湯川結合行列は互いに比例するように制限されます。この制限により、フレーバーを変更する中性カレントがツリーレベルで排除され、1ループレベルでの寄与が支配的になります。その結果、電子のEDMとレプトンフレーバーを破る崩壊に対する主要な寄与は、ニュートラルヒッグス粒子と重いフェルミオンを含むループから生じます。荷電ヒッグス粒子を含むループは、アラインメントリミットでは抑制されます。
簡略化: アラインメントリミットでは、計算結果が大幅に簡略化され、解析的に表現できるようになります。これは、2HDMのパラメータ空間を制約する際に、電子のEDMやミュー粒子のg-2などの観測量を使用するのに役立ちます。
本研究で示された計算手法は、他のBeyond Standard Modelのシナリオにおける類似の計算にも適用できるだろうか？
本研究で示された計算手法は、他のBeyond Standard Model(BSM)シナリオにおける類似の計算にも適用できます。
適用可能性: 本研究で採用されている手法は、追加のヒッグス二重項、新しいゲージボソン、フェルミオンなど、新しい粒子を含む幅広いBSMシナリオに適用できます。重要な点は、これらの新しい粒子が低エネルギーの観測量にどのように寄与するかを理解し、適切な有効場理論を構築することです。
例: 本手法は、最小超対称標準模型(MSSM)、次元の低いヒッグス模型、レプトクォーク模型などの他のBSMシナリオにおける電子のEDM、ミュー粒子のg-2、レプトンフレーバーを破る崩壊を計算するために使用できます。
一般化: 本研究で開発された計算手法は、他の低エネルギーの観測量、例えばミュー粒子のEDMや原子核のEDMなどを計算するためにも一般化できます。
要約すると、本研究で提示された2ループ計算は、2HDMのフレーバー構造を調べる上で重要な進歩であり、他のBSMシナリオにおける類似の計算のための枠組みを提供します。
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