[論文レビュー] A Healthy Electron/Neutron EDM in D3/D7 mu-Split-Like SUSY

Mansi Dhuria, Aalok Misra|arXiv (Cornell University)|Aug 14, 2013

Atomic and Subatomic Physics Research参考文献 42被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、${\cal N}=1$ゲージ超対称ゲージ理論におけるD3/D7 $μ$-スプリットSUSYモデルを提案し、重いチャリノやヒッグスイノを含む1ループ図を通じて、通常のスプリットSUSYで見られる抑制とは異なり、『健全な』電子および中性子の電気双極子モーメント（EDM）を生成する。$d_e/e \sim \mathcal{O}(10^{-32})\,{\rm cm}$ および $d_n/e \sim \mathcal{O}(10^{-33})\,{\rm cm}$ を達成し、$W^{\pm}$ ボソンとヒッグスを含む2ループBarr-Zee図からの $\mathcal{O}(10^{-27})\,{\rm cm}$ の寄与も得られる。これらは、ウィルスン線とD3ブレーンのモジュリから制御されたCP対称性破れ位相のおかげで、実験的制約と整合的である。

ABSTRACT

Within the framework of N=1 gauged supergravity, using a phenomenological model which can be obtained locally as a Swiss-Cheese Calabi-Yau string-theoretic compactification with a mobile D3-brane localized on a nearly sLag three-cycle in the Calabi-Yau and fluxed stacks of wrapped D7-branes, and which provides a natural realization of mu-Split SUSY, we show that in addition to getting a significant value of electron/neutron EDM d_{e,n}/e at two-loop level, one can obtain a sizable contribution of d_{e,n}/e even at one-loop level. We obtain d_{e}/e ~ O(10^{-29}) cm from two-loop diagrams involving heavy sfermions and a light Higgs, and d_{e}/e ~ O(10^{-32}) cm from one-loop diagram involving heavy chargino and a light Higgs. Also, d_{n}/e ~ O(10^{-33}) cm from one-loop diagram involving SM-like quarks and Higgs. Next, by considering a Barr-Zee diagram involving W bosons and Higgs, and conjecturing that the CP-violating phase can appear from a linear combination of Higgs doublet obtained in the context of mu-split SUSY, we obtain d_{e,n}/e ~ O(10^{-27}) cm at two-loop level .

研究の動機と目的

• ストリング理論的コンパクト化における物理的に妥当な $μ$-スプリットSUSYモデルを構築し、自然に大きな $\mu$-パラメータと抑制されたフレーバー変換中性荷電現在を実現すること。
• SUSYモデルにおける大きなCP対称性破れ位相と厳しいEDM実験限界との間の矛盾を解消し、重いスフェルミオンがあるにもかかわらず顕著な1ループEDM寄与を可能にすること。
• ウィルスン線モジュリ（第一・第二世代フェルミオン用）およびD3ブレーン位置モジュリ（ヒッグス場用）を通じて、CP対称性破れ位相の起源を同定し、効果的ヤコビアンおよびゲージカップリングに異なる複素位相を持つようにすること。
• 電子および中性子EDMを1ループおよび2ループレベルで計算し、モデルが自然な微調整を必要とせず、現在の実験限界に近い値を生成することを示すこと。

提案手法

• 移動可能な $D3$-ブレーンをほぼ特別ラグランジアン3次元サイクルに配置し、フラックス付き $D7$-ブレーンスタックを用いたスイスチーズ型カラビ＝ヤウコンパクト化を採用し、$μ$-スプリットSUSYスペクトルを実現する。
• ウィルスン線モジュリを第一・第二世代のクォークおよびレプトンと同一視し、D3ブレーン位置モジュリを2つのヒッグスダブルレットと同一視し、モジュリの真空期待値により複素位相を導入する。
• ウィノとヒッグスイノの混合から得られるチャリノ質量行列を構築し、${\cal N}=1$ゲージ超対称ゲージ理論ラグランジアンに含まれる $g_{YM}$, $T^B$, および $\partial_{{\cal Z}_i}T_B$ 項から相互作用頂点を導出する。
• 重いチャリノと軽いヒッグスを含むループにおける1ループEDM寄与と、$W^{\pm}$ およびヒッグスボソンを含む2ループBarr-Zee図を、有効ラグランジュ法を用いて評価する。
• 質量行列 $M_{{\tilde{\chi}}^{\pm}}$ からチャリノ質量固有状態および混合角を導出し、$\tilde{f}$, $v=246\,{\rm GeV}$, $M_P$, および体積モジュリ $\cal V$ を含む要素を含む。これにより、質量固有状態は $m_{{\tilde{\chi}}^{\pm}_1} \sim \mathcal{O}(100\,{\rm GeV})$ および $m_{{\tilde{\chi}}^{\pm}_2} \sim \mathcal{O}(1\,{\rm TeV})$ のオーダーとなる。
• 重いチャリノ、ヒッグスイノ、およびSMに類似たクォークのプロパゲーターを含むループ積分を用いてEDMを計算し、電弱スケールにおけるスフェルミオンおよびヒッグス質量行列の非対角成分に由来するCP位相が寄与する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ストリング理論的コンパクト化における $μ$-スプリットSUSYモデルは、重いスフェルミオンがあるにもかかわらず、顕著な1ループ寄与を電子および中性子EDMに与えることができるか？
• RQ2 このモデルにおけるCP対称性破れ位相の起源は何か？また、それらは非自明な効果的ヤコビアンおよびゲージカップリングを生成し、異なる複素位相を持つものか？
• RQ3 1ループチャリノ図と2ループBarr-Zee図によるEDM寄与は、大きさおよびモデルパrameterへの依存性においてどのように比較されるか？
• RQ4 自然に小さなCP位相や微調整を必要とせず、EDM値を現在の実験限界に近づけることができるか？
• RQ5 ウィルスン線モジュリおよびD3ブレーン位置モジュリは、EDM生成に必要なCP対称性破れ位相を生成するために果たす役割は何か？

主な発見

• モデルは、重いチャリノと軽いヒッグスをループに含む1ループ電子EDMを支配的寄与として生成し、$d_e/e \sim \mathcal{O}(10^{-32})\,{\rm cm}$ となる。
• 中性子EDMは、SMに類似たクォークとヒッグスをループに含む1ループ寄与が支配的であり、$d_n/e \sim \mathcal{O}(10^{-33})\,{\rm cm}$ となる。
• $W^{\pm}$ およびヒッグスボソンを含む2ループBarr-Zee図からの寄与は $d_e/e \sim \mathcal{O}(10^{-27})\,{\rm cm}$ であり、これが最大の寄与であり、現在の実験限界に近い。
• 重いスフェルミオンと軽いヒッグスを含む2ループ寄与は $d_e/e \sim \mathcal{O}(10^{-29})\,{\rm cm}$ となり、現在の実験感度の範囲内にある。
• CP対称性破れ位相は、電弱スケールにおけるスフェルミオンおよびヒッグス質量行列の非対角成分から生じるが、ソフト対称性破れパラメータからではなく、制約に反しない大規模なEDMを可能にする。
• モデルは、ほぼ縮退した重いヒッグスイノ、ニュートラリノ、ゲージノをフェルミオン的プロパゲーターとして用いることで、通常のスプリットSUSYにおける1ループEDMの抑制を回避し、『健全な』EDMを実現する。