[論文レビュー] Neutron electric dipole moment in the minimal 3-3-1 model

G. De Conto, V. Pleitez|arXiv (Cornell University)|Jun 6, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、複素三重線形結合における1つの物理的位相と2つの複素真空期待値から生じるCP対称性の破れを仮定し、重いスカラー6重項を含む最小の3-3-1模型における中性子電気電離モーメント（EDM）を計算している。初期段階で複数の位相が存在するが、ゲージ対称性の制約により物理的位相は1つに減少し、位相と特異粒子の質量に対する厳密な制約が得られる。中性子EDMは、新しい物理のパラメータが微調整されない限り、実験的上限以下に制限される。

ABSTRACT

We calculate the electric dipole moment (EDM) for the neutron in the framework of the minimal 3-3-1 model. We assume that the only source of $CP$ violation arises from a complex trilinear coupling constant and two complex vacuum expectation values. However, from the constraint equations obtained from the potential, only one physical phase remains. We find some constraints on the possible values of this phase and masses of the exotic particles.

研究の動機と目的

• 重いスカラー6重項と右巻きニュートリノを含む最小の3-3-1模型における中性子電気電離モーメント（EDM）を調査すること。
• 複素三重線形結合と2つの複素真空期待値（VEVs）から生じるCP対称性の破れが中性子EDMに与える影響を分析すること。
• ゲージ対称性によって独立した位相の数が減少した後、残存する1つの物理的CP対称性の破れ位相および特異粒子の質量に対する物理的制約を特定すること。
• 中性子EDMの実験的上限を踏まえたモデルの妥当性を検証すること。
• 他の理論的制約に反しない範囲で、現在の実験的上限に近い非ゼロの中性子EDMをモデルが実現可能かどうかを検討すること。

提案手法

• 複素三重線形結合および真空期待値（VEVs）を含む、重いスカラー6重項を含む最小の3-3-1模型におけるスカラー自己エネルギーを構築する。
• SU(3)ゲージ変換を適用して初期の5つの位相のうち2つを消去し、物理的CP対称性の破れ位相を1つに削減する。
• スカラー自己エネルギーの微分から制約方程式を導出し、残存する物理的位相とVEVs、結合定数との関係を特定する。
• 電荷を帯びたスカラーとクォークを含む1ループ図を用いて中性子EDMを計算し、特異クォークと電荷を帯びたヒッグス粒子間のヤコビ相互作用の寄与を含む。
• スカラー-光子頂点相互作用を評価し、ループ図における電磁気的補正をEDM振幅計算に組み込む。
• スカラー系の質量行列を用いて、電荷を帯びた状態および二重電荷を帯びた状態を対角化し、物理的質量固有状態とその混合パターンを同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複素三重線形結合と複素VEVsは、最小の3-3-1模型における中性子EDMにどのように寄与するか？
• RQ2 ゲージ対称性の制約を適用した後、物理的CP対称性の破れ位相はいくつ残存するか？
• RQ3 中性子EDMの実験的上限に一致するための、物理的CP対称性の破れ位相と特異粒子の質量の許容範囲は何か？
• RQ4 他の臨床的制約に反しない範囲で、モデルが現在の実験的上限に近い非ゼロの中性子EDMを生成可能か？
• RQ5 電荷を帯びたおよび二重電荷を帯びたスカラーの混合パターンと質量固有状態は、中性子EDMの計算にどのように影響するか？

主な発見

• 複素結合およびVEVsの初期位相5つから、ゲージ対称性によって2つが除去され、物理的CP対称性の破れ位相は1つに減少する。
• 中性子EDMは、複素三重線形結合の虚部および特異スカラーとクォーク状態間の混合に比例して計算される。
• モデルは、中性子EDMが現在の実験的上限 $3.6 \times 10^{-26}\,e\cdot\text{cm}$ 以下に制限されることを予測している（95%信頼水準）。
• 物理的CP対称性の破れ位相および特異粒子の質量に対する制約が導出され、大きな位相や軽い特異スカラーは、微調整がなければ不適切であることが示された。
• EDMの主な寄与は、二重電荷を帯びたスカラー $Y^{--}$ と $J_R$-型クォークを介した複素三重線形結合によるループ図から生じる。
• スカラー-光子頂点相互作用は、単一電荷を帯びたスカラーでは $ie(k^{-}-k^{+})_{ u}$、二重電荷を帯びたスカラーでは $2ie(k^{-}-k^{+})_{ u}$ であることが判明し、ループ図における電磁気的頂点補正に不可欠である。