[論文レビュー] Electric dipole moments at one-loop in the dimension-6 SMEFT

Jonathan Kley, Tobias Theil+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、次元6の標準模型効果的場理論（SMEFT）におけるレプトンおよび中性子の電気双極子モーメント（EDM）の完全な1ループ計算を提示する。この計算には、レネルミング群の進行と有限ループ補正を含む。特定のオペレーターにおいて、Λ ≈ 5 TeVのとき、有限補正が全1ループ振幅の10–20％を寄与することが示され、現在および将来の実験的制約を用いて個々のウィルソン係数に対する厳密な制約が導かれる。

ABSTRACT

In this paper we present the complete expressions of the lepton and neutron electric dipole moments (EDMs) in the Standard Model Effective Field Theory (SMEFT), up to 1-loop and dimension-6 level and including both RG running contributions and finite corrections. The latter play a fundamental role in the cases of operators that do not renormalize the dipoles, but there are also classes of operators for which they provide an important fraction, $10-20\%$, of the total 1-loop contribution, if the new physics scale is around $\Lambda=5$ TeV. We present the full set of bounds on each individual Wilson coefficient contributing to the EDMs using both the current experimental constraints, as well as those from future experiments, which are expected to improve by at least an order of magnitude.

研究の動機と目的

• SMEFTの次元6レベルにおけるレプトンおよび中性子の電気双極子モーメント（EDM）への完全な1ループ寄与を計算すること。
• レネルミング群の進行（RGE）と有限ループ補正がEDMを生成する役割を明確にすること。
• 現在および将来の実験的限界を用いて、モデルに依存しない形で個々のウィルソン係数に対する制約を導出すること。
• U(3)⁵およびU(2)⁵のフレーバー対称性が得られるEDMの制約およびウィルソン係数の制約に与える影響を評価すること。

提案手法

• 次元6のSMEFTオペレーターのワルサウ方式を用いて、1ループ寄与を体系的に計算する。
• RGEによる進行と有限1ループ補正の両方を含み、特にEDMを直接再正則化しないオペレーターに対して重点を置く。
• バックグラウンド場法（BFM）を用い、ゲージ不変性および余分なオペレーターの取り扱いに注意を払い、計算の一貫性を確保する。
• スプルニクス展開およびCKM行列の変換を用いて、ゲージ基底の係数を物理的質量基底の観測量に結びつける。
• 計算されたEDMと実験的限界を比較することでウィルソン係数の制約を導出し、自然スケーリングまたは固定係数値を仮定する。
• ループ図の明示的解析的計算を実施し、複数の体系と対称性の制約を用いて結果の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RGEと有限補正を含めたSMEFTにおけるレプトンおよび中性子EDMへの完全な1ループ寄与は何か？
• RQ2 EDMを直接再正則化しないオペレーターに対して、有限ループ補正はどの程度重要か？
• RQ3 特定のオペレーターにおいて、Λ ≈ 5 TeVのとき、有限補正が全1ループ振幅の最大10–20％を占める可能性はどの程度か？
• RQ4 現在および将来の電子および中性子EDMの実験的限界は、SMEFTにおける個々のウィルソン係数にどの程度の制約を与えるか？
• RQ5 U(3)⁵およびU(2)⁵のフレーバー対称性は、導かれたウィルソン係数の制約およびUVスケールΛにどの程度の影響を与えるか？

主な発見

• Λ ≈ 5 TeVのとき、特定の次元6オペレーターに対して、有限ループ補正が全1ループ振幅の最大20％を寄与することがある。
• 電子EDMに関して、$\text{Im}(C^{eB}_{11})$ の虚部に対する制約は、$\text{Im}(C^{eB}_{11}) \sim g' y_e$ の場合、新物理スケールが ∼10³ TeV 以上であることを示唆する。
• 中性子EDMは、$O^{(1,8)}_{quqd}$ のような4フェルミオンオペレーターから主に寄与を受け、有限補正が無視できない寄与を果たす。
• U(3)⁵フレーバー対称性の下では、係数が1に設定された場合、$\text{Im}(F^{(1)}_{quqd})$ のUVスケールΛに対する下限は ∼10⁷ TeV に達する。
• U(2)⁵フレーバー対称性の下では、$\text{Im}(C^{(1)}_{quqd})$ および $\text{Im}(C^{(8)}_{quqd})$ の制約が著しく緩和され、自然スケーリングでは $\Lambda \gtrsim 10^2$ TeV となる。
• 中性子EDMは $O^{(1,8)}_{quqd}$ および $O^{(3)}_{lequ}$ に最も敏感であり、将来の実験ではそれらのウィルソン係数の制約が桁違いに改善される。