[論文レビュー] Hunting for the CP violating ALP

Luca Di Luzio, Ramona Gröber+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2020

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、次元5の有効場理論におけるコホーモロジー的CP対称性破れの下で、軸子様粒子（ALPs）が基本粒子および原子核の永久電気双極モーメント（EDMs）に与える影響を体系的に調査し、CP対称性破れのJarlskog不変量を分類し、2ループの主要な寄与を計算している。EDMsはCP対称性破れのALP相互作用に対して非常に感受性が高く、現在および将来の実験的感度から強い制約が得られることを示している。

ABSTRACT

The impact of axion-like particles (ALPs) in the search of permanent electric dipole moments (EDMs) of molecules, atoms, nucleons and nuclei is sistematically investigated. We classify first the full set of CP-violating Jarlskog invariants emerging in the ALP effective field theory (EFT) containing operators up to dimension-5. Then, we evaluate the leading short-distance effects to the EDMs up to two-loop order. The high sensitivity of EDMs to CP-violating ALP interactions is emphasised exploiting both the current and projected experimental sensitivities.

研究の動機と目的

• 次元5の演算子を含む軸子様粒子（ALP）有効場理論において生じるすべてのCP対称性破れのJarlskog不変量を分類すること。
• ALP相互作用に起因するEDMへの主要な短距離寄与を2ループの順序まで評価すること。
• 現在および計画中のEDM実験がCP対称性破れのALP結合定数にどの程度感受性であるかを評価すること。
• EDMsがALPsおよびCP対称性破れを含む新しい物理学の精密なプローブとしての可能性を確立すること。

提案手法

• 次元5の演算子を含むALP有効場理論におけるすべてのCP対称性破れのJarlskog不変量の体系的分類。
• ALP相互作用を含む2ループフェイニマン図を用いたEDMへの主要な量子修正の計算。
• ALP結合を伴うCP奇の演算子の行列要素を計算するために有効場理論技術の使用。
• UV完全なALPモデルを低エネルギーEFTフレームワークにマッチングさせ、関連するCP奇不変量を抽出すること。
• 既知のEDM実験の制約と将来の感度予測を用いて、ALP結合パラメータを制約すること。
• EDM寄与のALP結合強度および質量依存性の数値的評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 次元5までの有効場理論におけるALP有効場理論で生じるCP対称性破れの不変量は何か？
• RQ2 ALP相互作用に起因する2ループ寄与は、フェルミオン、原子核、原子のEDMにどのように影響するか？
• RQ3 現在および将来のEDM実験は、CP対称性破れのALP結合にどの程度感受性であるか？
• RQ4 ALP媒介寄与はEDM観測量における他のCP対称性破れの源と比較してどうか？
• RQ5 EDMデータを用いてALP結合にどの程度の制約を課すことができるか？

主な発見

• 次元5の演算子を含むALP EFTにおいて、すべてのCP対称性破れのJarlskog不変量の完全な分類が達成された。
• ALP相互作用に起因する2ループ寄与は、EDMへの主要な短距離効果を提供し、CP対称性破れへの感受性を高めている。
• EDMsはCP対称性破れのALP結合に対して非常に感受性が高く、特定のパrameter領域では他のプローブを上回っていることが判明した。
• 現在のEDM実験の制約は、多くの他の低エネルギー過程よりもALP結合をきびしく制約している。
• 将来のEDM実験は、ALP媒介CP対称性破れへの感受性を桁単位で向上させると予想されており、発見可能性が高まる。