XX REunión Anual de La DPyC-SMF ALRM Español

Decaimientos raros del quark top en extensiones

del Modelo EstándarRicardo Gaitán

Centro de Investigaciones Teóricas, Facultad de Estudios Superiores - Cuautitlán, Universidad Nacional Autónoma de México,

(FESC-UNAM).

Omar G. MirandaDepartamento de Física, Centro de Investigación y de Estudios

Avanzados del IPN, (CINVESTAV).

Luis G. Cabral-RosettiDepartamento de Postgrado, Centro Interdisciplinario de

Investigación y Docencia en Educación Técnica, (CIIDET).

XX Reunión Anual de la División de Partículas y Campos de la Sociedad Mexicana de Física, DPyC-SMF.

del 14 al 16 de Junio de 2006.

R. GAITÁN O. G. MIRANDA L. G. CABRAL ROSETTI

Decaimientos raros del quark top en extensiones del Modelo Estándar

2

XX

Reu

nió

n A

nu

al d

e la

DP

yC

-SM

F

Plan de la Charla

1) Introducción

2) Un Modelo alternativo con simetría Izquierda-Derecha

3) Decaimientos del top y Higgs en el ALRM a) Restricciones al ángulo de mezcla t-c b) El decaimiento: t → H° + c c) El decaimiento: t → H° +

4) Resultados y Conclusiones

c



3

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n A

nu

al d

e la

DP

yC

-SM

F

1) Introducción

Las mezclas afectarán los acoplamientos a la corriente neutra (CN) y la corriente cargada (CC) de los estados neutros conocidos, y entonces podrán ser restringidos por las pruebas de precisión del ME.

FERMIONES ORDINARIOS Y EXÓTICOS

2ZM

Varias extensiones del MODELO ESTÁNDAR (ME), tales como los Modelos con Simetría Izquierda-Derecha (Left-Right), SO(10) y E6, predicen la existencia de nuevos fermiones . Los resultados de LEP implican que estas nuevas partículas, si no son singletes bajo el grupo del ME, serían más pesadas que . Aún en el caso en que estas nuevas partículas sean demasiado pesadas para producirse directamente, su presencia afectaría la física a bajas energías, puesto que se mezclarían con los neutrinos del ME.



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-SM

F

1) Introducción

En el Modelo Estándar

, ,

, ,

e

L L L

L L L

e

u c t

d s b

son dobletes de SU(2) son singletes de SU(2)

, , ,

, , ,

, ,

R R R

R R R

R R R

e

u c t

d s b

Hay varias posibilidades para nuevos fermiones. Los fermiones secuenciales son repeticiones de los fermiones conocidos, con asignaciones canónicas (dobletes L, singletes R) ante SU(2). Los fermiones espejo son singletes L y dobletes R de SU(2). Los dobletes vectoriales se refieren a nuevos quarks o leptones donde las componentes L y R son dobletes de SU(2). Los singletes vectoriales son nuevas partículas para las cuales L y R son singletes de SU(2). También se tienen neutrinos de Weyl singletes de SU(2). En este caso se pueden tener masas de Majorana o se pueden combinar parejas de neutrinos de Weyl para formar neutrinos de Dirac masivos.



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yC

-SM

F

1) Introducción

MEZCLAS LIGERO-PESADO

Los vectores para los estados propios débiles ordinarios y exóticos, tanto izquierdos como derechos se agrupan en el vector columna:

00

0

( )

ord

ex L R

n

Los vectores para los estados propios de masa ligeros (estándar) y pesados se agrupan en el vector columna: ( )

l

h L R

n

Los estados propios débiles y de masa están relacionados por transformaciones unitarias

0( ) ( )L R L Rn Un

con( )

( )

L R

L R

A EU

F G

, U U I

De la unitariedad de U se obtiene:

donde I es la matriz identidad, i.e.

A A F F A A E E I 0

0

II

I



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-SM

F

1) Introducción

INTERACCIONES NEUTRAS CON CAMBIO DE SABOR DEL TOP

La siguiente generación de colisionadores de altas energías planeados o en construcción probarán el Modelo Estándar (ME) con alta precisión y explorarán energías más altas en la investigación de nueva física.

La nueva Física puede manifestarse de dos maneras: a través de señales directas incluyendo la producción de nuevas partículas o por desviaciones de las predicciones del ME para las partículas conocidas.

El quark top juega un papel importante en la búsqueda de desviaciones de las predicciones del ME por dos razones:

1) Debido a su gran masa, las correcciones radiativas que incluyen nuevas partículas, son frecuentemente más importantes que para los fermiones ligeros. 2) Su gran masa (aproximadamente 174.3 ± 5.1 GeV’s) sugiere que podría

tener un papel especial en el rompimiento de la simetría electrodébil.



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-SM

F

1) Introducción

Quarks top serán copiosamente producidos en LHC y en colisionadores e+e- de alta energía como TESLA. Con tan grandes pruebas, se dispondrá de medidas precisas de sus acoplamientos para probar el ME.

De especial interés es el estudio de las corrientes neutras con cambio de sabor (FCNF) incluyendo el quark top. Los decaimientos del quark top inducidos por FCNC son eventos extremadamente raros en el ME.

En el ME,

13( ), ( ), ( ) 10BR t c BR t c Z BR c H 13( ) 10BR H t c

Considerando física más allá del ME, se abren nuevas posibilidades que pueden cambiar radicalmente los prospectos pesimistas para los decaimientos FCNC que incluyen un bosón de Higgs y un quark top

Modelos con dos dobletes de Higgs (2HDM) Modelo Estándar Mínimo Supersimétrico (MSSM)

Ejemplos:



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2) Un Modelo alternativo con Simetría Izquierda-Derecha

LBRL USUSU )1()2()2(

00

0

0000

0

00

0

0

000

0

00

ˆ,ˆ,ˆˆˆ;,,

ˆ,ˆ

ˆˆ;,

iLiL

Ri

iiRiRiR

Li

iiL

iL

Ri

iiRiR

Li

iiL

dud

uQdu

d

uQ

ee

lee

l

vv ˆ

0

2

1ˆ;0

2

1

El grupo de norma del ALRM es:

cos)ˆ()(2ˆ

)ˆ(cos)(200

00

vesenveH

senveveH

Contenido fermiónico

Los campos de Higgs

donde representa en ángulo de mezcla de los Higgses neutros.

Los bosones de Higgs neutros masivos están dados por



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-SM

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Interacción quark-bosón de Higgs

Pauli.dematrizla

esdondey,ˆ~y~son

~~conjugadoscamposLosas.desconocidmatrices

son,ˆ,y3,2,1,donde

..ˆˆˆ~ˆˆ

ˆˆˆˆ~

2*

2*

2

)()()(

000000

000000

ii

yji

cHuudduQ

dQuQdQ

udij

udij

udij

jRiLuijjRiL

dijjLiR

uij

jLiRdijjRiL

uijjRiL

dij

qY

L



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-SM

F


..)cosˆ(22

ˆ

)ˆcos(22

ˆ

cHHsenHFFM

mg

senHHM

mAA

g

RRR

W

fL

RW

fLLL

fY

L

Las interacciones a nivel árbol de los bosones de Higgs neutrosH, H con los fermiones ligeros están dadas por:^

árbol. nivel a FCNCer pueden ten se

, matrices las de dunitarieda no lapor que, versepuede ecuaciones últimas dos las De

mente.respectiva,)1(y,)2(,)2(desgeneradorelossony,ˆ,donde

,ˆ2

´,ˆˆ,

33

33,

a

LBRLaa

aaa

aaaRLa

a

A

USUSU

A

Z

Z

ggg

YTT

UY

TTU c.n.L-

La corriente neutra en términos de los estados propios de masa, incluyendo la contribución de la mezcla de los bosones de norma neutros, puede ser escrita como:



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F

3a) Restricciones al ángulo de mezcla entre el top y el charm

53.032

32323232

32

2

32

2

,

)(;)(

41

41

donde,)(

RRR

LLL

RLAV

AVctZ

AAAA

sr

cs

r

scg

tZggccse

W

W

W

W

WW

L

1.032

Del cálculo del BR t → Z + c y comparándolo con el límite experimental , se obtiene que

FCNC del top

De

Se obtiene que:

)1)(1( 2233

2

32



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-SM

F


, .

arg ,

lim

ˆ ˆ/ 1

g

gr

Se espera que el a ngulo de mezcla entre los bosones de norma

sea pequeño si el cociente Sin emb o uno

puede pensar que para diferentes valores de estas itaciones

no son siem

gy Z g

r

Z

. , sin arg ,

,

lim .

W

g

pre va lidas Esto generalmente es cierto emb o

para la mayoria de los valores de la libertad esperada para

el a ngulo de mezcla esta itada

Podemos ver de la definic rio n de que e

r

2 2

cos / sin 1.82. W W

l valor de este cociente

no puede ser mayor que



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cos . .

. var

Podemos recalcular la ntriccio n obtenida por O Adriani et al

teniendo en cuenta la libertad de este para metro Para lle acabo

este ana lisis simplmente necesitamos considerar el rango apropia

2 2

,

tan

var

:

1 1ˆ2 2

,

ˆ.W W

W W

g

eV A

do

para el para metro que afectara a las cons tes de acoplamiento

en el proceso el cual

r

s cg gg c

es necesario para lle a

s

cabo dicho

ca lculo

Z e e

e

sr g r

s

g

.

Notese que en este caso nosotros no hemos tomado en cuenta la

violacio n del sabor lepto nico como lo han hecho otros autores



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Z Z

Valor esperado de para en el modelo dependiendo de los ángulos de mezcla entre y , y de la razón . La línea horizontal, muestra el 90 % de nivel de confianza permitidos por los experimentos.

Ag

ˆ/gr g g



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3b) El decaimiento: t → H° + c

2/12222

22222

320

216

cos)(

cHtcHt

Hctt

F

mMmmMm

Mmmm

GcHt

LW

t PMmg

cos2

32

)()(

)(0

0

WbtcHt

cHtBR



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3b) El decaimiento: t → H° + c

Phys. Rev. D 72, 034018 (2005)



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3c) El decaimiento: H°→ t +

2/12222

2223

22320

28

cos3)(

tcHctH

ctHH

tF

mmMmmM

mmMM

mGctH

c

quarkspara3y

leptonespara1,)/(donde

4124

cos)(

2

2/3222

0

f

fHff

fffHfF

f

C

CMm

MmGCffH



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DP

yC

-SM

F

2

2/123

0

)/(donde

4128

cos)(

HWW

WHF

MM

MGWWH

c

22

2

2/1

4

22430

/y

)/(donde

1241

41216

cos)(

crstrsccX

MM

M

XMMGZZH

WWWWW

HZf

ZZ

ZZ

WHF

3c) El decaimiento: H°→ t + c



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c

Phys. Rev. D 72, 034018 (2005)

3c) El decaimiento: H°→ t + c



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4) Resultados y Conclusiones

32

)( cHtBR 410

1) El modelo considerado permite valores relativamente grandes de .

2) El podría ser del orden de , que está al alcance de LHC.

3) El puede alcanzar un valor del orden de y también puede ser un canal útil para buscar señales de nueva física en LHC.

310

)( ctHBR

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