[論文レビュー] Nucleon tensor charge and electric dipole moment

H. Gao, Tianbo Liu+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、核子の電気双極モーメント（EDM）測定とテンソル荷重抽出を用いて、クォークの電気双極モーメント（EDM）を調査し、4 GeV²スケールにおける上クォークの現在の実験的制限を1.27×10⁻²⁴ e·cm、ダウンクォークを1.17×10⁻²⁴ e·cmとして確立した。さらに、近い将来の実験が、これらの制限を3桁改善する可能性を示しており、電弱スケールを超える新しい物理学への感受性が顕著に向上することが期待される。

ABSTRACT

The electric dipole moments (EDMs) of nucleons are sensitive probes of additional $\cal CP$ violation sources beyond the standard model to account for the baryon number asymmetry of the universe. As a fundamental quantity of the nucleon structure, tensor charge is also a bridge that relates nucleon EDMs to quark EDMs. With a combination of nucleon EDM measurements and tensor charge extractions, we investigate the experimental constraint on quark EDMs, and its sensitivity to $\cal CP$ violation sources from new physics beyond the electroweak scale. We obtain the current limits on quark EDMs as $1.27 imes10^{-24}\,e\cdot{ m cm}$ for the up quark and $1.17 imes10^{-24}\,e\cdot{ m cm}$ for the down quark at the scale of $4\, m GeV^2$. We also study the impact of future nucleon EDM and tensor charge measurements, and show that upcoming new experiments will improve the constraint on quark EDMs by about three orders of magnitude leading to a much more sensitive probe of new physics models.

研究の動機と目的

• 核子EDM測定とテンソル荷重データを用いて、クォークの電気双極モーメント（EDM）を制約すること。
• 現在および将来の実験が、標準模型を超えるCP対称性の破れ源に対してどれほど感受性を持っているかを評価すること。
• テンソル荷重を鍵となる構造的リンクとして、核子EDMとクォークEDMを結びつけること。
• 近い将来の実験が、クォークEDMの制限を著しく改善する可能性を評価すること。

提案手法

• 核子EDMの実験的データと、格子QCDまたは有効場理論から得られたテンソル荷重値を組み合わせる。
• テンソル荷重を理論的ブリッジとして用い、核子スケールのEDMとクォークスケールのEDMを結びつける。
• クォークEDMの制限を電弱スケールから4 GeV²スケールにまで、ランゲルマン群の発展を用いてスケーリングする。
• 核子EDMとテンソル荷重のデータを統合して、クォークEDMの制限を抽出するためのグローバルフィットを実施する。
• 標準模型を超えるCP対称性の破れ相互作用をモデル化するために、有効場理論の手法を用いる。
• 核子EDMとテンソル荷重の測定精度が向上したと仮定して、将来の感受性を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 核子EDMとテンソル荷重の測定から導かれるクォークEDMの現在の実験的制限は何か？
• RQ2 核子EDMは、電弱スケールを超える新しい物理学のCP対称性の破れ源に対してどれほど感受性を持っているか？
• RQ3 核子EDMとテンソル荷重の将来的な測定が、クォークEDMの制限をどの程度改善できるか？
• RQ4 テンソル荷重は、核子EDMとクォークEDMの間の関係をどのように媒介しているか？
• RQ5 近い将来の実験によって、クォークEDMの制限に対する感受性の向上はどの程度見込まれるか？

主な発見

• 上クォークのEDMに対する現在の実験的制限は、4 GeV²スケールで1.27×10⁻²⁴ e·cmである。
• ダウンクォークのEDMに対する現在の実験的制限は、4 GeV²スケールで1.17×10⁻²⁴ e·cmである。
• 将来的な核子EDMとテンソル荷重の測定は、クォークEDMの制限を約3桁改善すると予想される。
• テンソル荷重は、核子スケールのEDMとクォークスケールのEDMの間の重要な理論的リンクとして機能する。
• 核子EDMとテンソル荷重の測定精度が向上すれば、CP対称性の破れを含む新しい物理学モデルに対する感受性が顕著に向上する。
• 結果は、クォークEDMが電弱スケールを超える新しい物理学を探索する強力なプローブのままであることを示している。