[논문 리뷰] A Healthy Electron/Neutron EDM in D3/D7 mu-Split-Like SUSY

Mansi Dhuria, Aalok Misra|arXiv (Cornell University)|2013. 08. 14.

Atomic and Subatomic Physics Research참고 문헌 42인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 ${\cal N}=1$ 게이지 슈퍼중력 이론 내에서 D3/D7 $μ$-스플릿 SUSY 모형을 제안하며, 무거운 카린오와 힉스ино를 포함하는 한 개의 고리 다이어그램을 통해 '건강한' 전자 및 중성자 전기 dipole moment(EDM)를 생성한다. 이는 스플릿 SUSY에서 흔히 볼 수 있는 억제 효과를 피한다. 결과적으로 $d_e/e \sim \mathcal{O}(10^{-32})\,{\rm cm}$ 및 $d_n/e \sim \mathcal{O}(10^{-33})\,{\rm cm}$를 도출하며, $W^{\pm}$ 보손과 힉스를 포함하는 두 개의 고리 Barr-Zee 다이어그램은 $\mathcal{O}(10^{-27})\,{\rm cm}$ 기여를 하여 실험적 제한과 일치한다. 이는 윌슨 라인과 D3-브레인 모듈라의 제어된 CP 위반 위상 덕분이다.

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 .

연구 동기 및 목표

• 스트링 이론적 압축에서 자연스럽게 큰 $\mu$-파라미터와 억제된 플레어어 변경 중성자 전류를 실현하는 현상학적으로 타당한 $μ$-스플릿 SUSY 모형을 구축하는 것.
• 무거운 슈퍼필드가 존재하는 SUSY 모형에서 큰 CP 위반 위상과 엄격한 EDM 실험 제한 사이의 갈등을 해결하기 위해, 무거운 슈퍼필드가 존재하더라도 상당한 한 개의 고리 EDM 기여를 가능하게 하는 것.
• 우리 모형에서 CP 위반 위상의 기원을 밝혀내며, 첫 번째/두 번째 세대 페르미온에 대해 윌슨 라인 모듈라와, 힉스 필드에 대해 D3-브레인 위치 모듈라를 식별함으로써, 별개의 복소 위상을 가진 효과적 양자수 및 게이지 상호작용을 보장하는 것.
• 전자 및 중성자 EDM을 한 개의 고리 및 두 개의 고리 수준에서 계산하여, 자연스럽지 않은 정밀 조정 없이 현재 실험 제한과 근접한 값을 도출할 수 있음을 보여주는 것.

제안 방법

• 모바일 $D3$-브레인을 거의 특별 라그랑주안의 세 개의 사이클 위에 놓고, 플럭스가 가해진 $D7$-브레인 스택을 사용하여 스위스 치즈 Calabi-Yau 압축을 이용해 $μ$-스플릿 SUSY 스펙트럼을 실현한다.
• 윌슨 라인 모듈라를 첫 번째 및 두 번째 세대 쿼크와 렙톤과 일치시키며, D3-브레인 위치 모듈라를 두 개의 힉스 이중체에 대응시켜, 모듈라의 기대값을 통해 복소 위상을 도입한다.
• 게이지 슈퍼중력 이론의 ${\cal N}=1$ 라그랑지안에서 $g_{YM}$, $T^B$, 및 $\partial_{{\cal Z}_i}T_B$ 항을 통해 윈오와 힉스ино의 혼합을 통해 카린오 질량 행렬을 구성한다.
• 무거운 카린오와 경량 힉스를 포함하는 한 개의 고리 EDM 기여와, $W^{\pm}$ 및 힉스 보손을 포함하는 두 개의 고리 Barr-Zee 다이어그램을 효과적 라그랑지안 기법을 사용해 평가한다.
• 전자 스케일에서의 sfermion 및 힉스 질량 행렬의 비대칭 항을 통해 카린오 질량 고유상태와 혼합 각도를 유도하며, 이는 $\tilde{f}$, $v=246\,{\rm GeV}$, $M_P$, 및 부피 모듈라 $\cal V$ 를 포함한 행렬 $M_{{\tilde{\chi}}^{\pm}}$ 에서 유도된다. 이로 인해 질량 고유상태는 $m_{{\tilde{\chi}}^{\pm}_1} \sim \mathcal{O}(100\,{\rm GeV})$ 와 $m_{{\tilde{\chi}}^{\pm}_2} \sim \mathcal{O}(1\,{\rm TeV})$ 를 얻는다.
• 무거운 카린오, 힉스ино, SM 유사 쿼크의 전파자와 함께 루프 적분을 사용하여 EDM을 계산하며, 전자 스케일에서의 sfermion 및 힉스 질량 행렬의 비대칭 항에서 기인한 CP 위상이 발생한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스트링 이론적 압축에서의 $μ$-스플릿 SUSY 모형이, 무거운 슈퍼필드가 존재함에도 불구하고 전자 및 중성자 EDM에 상당한 한 개의 고리 기여를 생성할 수 있는가?
• RQ2 이 모형에서 CP 위반 위상의 기원은 무엇이며, 이들이 복소 위상이 다른 효과적 양자수 및 게이지 상호작용을 생성할 수 있는가?
• RQ3 한 개의 고리 카린오 다이어그램과 두 개의 고리 Barr-Zee 다이어그램 간의 EDM 기여는 크기와 모형 매개변수에 대한 의존성 측면에서 어떻게 비교되는가?
• RQ4 자연스럽지 않은 작은 CP 위상이나 정밀 조정 없이도, 모형이 현재 실험 제한과 근접한 EDM 값을 도출할 수 있는가?
• RQ5 윌슨 라인 모듈라와 D3-브레인 위치 모듈라는 EDM 생성에 필요한 CP 위반 위상을 어떻게 생성하는가?

주요 결과

• 모형은 한 개의 고리 전자 EDM 기여 $d_e/e \sim \mathcal{O}(10^{-32})\,{\rm cm}$ 를 무거운 카린오와 경량 힉스 전파자를 포함하는 고리에서 생성한다.
• 중성자 EDM은 SM 유사 쿼크와 힉스 전파자를 포함하는 한 개의 고리 기여 $d_n/e \sim \mathcal{O}(10^{-33})\,{\rm cm}$ 를 받는다.
• 두 개의 고리 Barr-Zee 다이어그램에서 $W^{\pm}$ 및 힉스 보손이 기여하여 $d_e/e \sim \mathcal{O}(10^{-27})\,{\rm cm}$ 를 기여하며, 이는 가장 큰 기여이자 현재 실험 제한과 근접해 있다.
• 무거운 슈퍼필드와 경량 힉스를 포함하는 두 개의 고리 기여는 $d_e/e \sim \mathcal{O}(10^{-29})\,{\rm cm}$ 를 기여하며, 이 역시 현재 실험 감도 범위 내에 있다.
• CP 위반 위상은 소프트 브레이킹 매개변수에서가 아니라 전자 스케일에서 sfermion 및 힉스 질량 행렬의 비대칭 항에서 기인하며, 이는 제약 조건을 위반하지 않으면서도 큰 EDM을 가능하게 한다.
• 모형은 무거운 힉스ино, 중성노, 게이진오가 거의 등스펙트럴임을 활용하여 스플릿 SUSY에서 흔히 볼 수 있는 한 개의 고리 EDM의 억제를 피함으로써 '건강한' EDM을 실현한다.