[논문 리뷰] EDM with and beyond flavor invariants

Christopher Smith, Selim Touati|arXiv (Cornell University)|2017. 07. 21.

Neutrino Physics Research참고 문헌 16인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 맛 대칭성과 케일리-해밀턴 항등식을 활용하여 표준모형을 초월한 쿼크 및 렙톤의 전기 dipole 모멘트(EDM)를 분석하는 체계적인 프레임워크를 개발한다. 이는 전통적인 Jarlskog 유사 불변량보다도 더 큰 기여를 하는 비불변 맛 구조—특히 레인보우 유형의 도형에서 기인하는 것—을 규명한다. 이러한 비불변 맛 구조는 일반적으로 훨씬 크며, 불변량과의 상관관계도 낮으며, 특히 메이조라나 뉴트리노 시나리오에서는 쿼크와 렙톤의 EDM이 분리되어 나타나므로, 타입 II 시즈모델을 탐색하는 데 새로운 수단이 된다.

ABSTRACT

In this paper, the flavor structure of quark and lepton EDMs in the SM and beyond is investigated using tools inspired from Minimal Flavor Violation. While Jarlskog-like flavor invariants are adequate for estimating CP-violation from closed fermion loops, non-invariant structures arise from rainbow-like processes. Our goal is to systematically construct these latter flavor structures in the quark and lepton sectors, assuming different mechanisms for generating neutrino masses. Numerically, they are found typically much larger, and not necessarily correlated with, Jarlskog-like invariants. Finally, the formalism is adapted to deal with a third class of flavor structures, sensitive to the flavored U(1) phases, and used to study the impact of the strong CP-violating interaction and the interplay between the neutrino Majorana phases and possible baryon and/or lepton number violating interactions.

연구 동기 및 목표

• 맛 대칭성 도구를 활용하여 표준모형을 초월한 쿼크 및 렙톤 EDM의 맛 구조를 체계적으로 분석하는 것.
• 레인보우 유사 도형에서 기인하는 비불변 맛 구조를 식별하고 정량화하는 것—이는 특정 경우에 전통적인 Jarlskog 유사 불변량보다 지배적이다.
• 뉴트리노 질량 생성 메커니즘—디르악, 메이조라나, 시즈모델—이 EDM 예측에 미치는 영향을 연구하는 것.
• 강한 CP 위반 위상과 메이조라나 위상과 같은 맛 단일체 CP 위반 위상을 형식론에 통합하는 것.
• B 및/또는 L 위반이 발생하는 시나리오에서 비불변 맛 구조의 현상학적 중요성을 평가하는 것.

제안 방법

• 맛 대칭성과 스푸리온 기법을 사용하여 효과적 EDM 연산자 내 맛 구조를 분류한다.
• 케일리-해밀턴 항등식을 적용하여 양이온 결합 계수의 행렬 다항식을 분해하고 맛 불변량과 비불변량을 추출한다.
• 예를 들어 $[Y_u^탚gger Y_u, Y_u^탚gger Y_u Y_d^탚gger Y_d Y_u^탚gger Y_u]$ 와 같은 교환자 항을 통해 EDM의 지배적 맛 구조를 도출한다—이는 불변량으로서 기록되지 않는 구조이다.
• 강한 CP 위상과 메이조라나 위상과 같은 비정상 맛 단일체 위상을, 양이온 또는 메이조라나 질량 행렬에 통합하여 형식론을 적응시킨다.
• B 및/또한 L 위반 상호작용이 EDM에 미치는 영향을 비불변 맛 구조를 통해 분석한다.
• 차원적으로 억제된 연산자를 사용하여, 특히 타입 I 및 II 시즈모델에서 이러한 구조의 현상학적 영향을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 레인보우 도형에서 기인하는 비불변 맛 구조는 표준 Jarlskog 불변량과 비교해 쿼크 및 렙톤 EDM에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 뉴트리노 질량 생성 메커니즘—디르악, 메이조라나, 또는 시즈모델—은 EDM에 대한 지배적 맛 구조에 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 강한 CP 위반 위상 또는 메이조라나 위상과 같은 맛 단일체 CP 위반 위상은 EDM 예측에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 어떤 시나리오에서 쿼크 및 렙톤 EDM이 상호 분리되며, 이는 뉴트리노 물리 탐색에 어떤 의미를 갖는가?
• RQ5 비불변 맛 구조가 불변량이 억제되는 상황에서도 EDM에 지배적인 기여를 할 수 있는가?

주요 결과

• 특히 레인보우 도형에서 기인하는 비불변 맛 구조는 쿼크 및 렙톤 EDM에서 일반적으로 Jarlskog 유사 불변량보다 수십 개의 차수만큼 크다.
• 디르악 뉴트리노의 경우 쿼크 및 렙톤 EDM은 엄밀히 비례 관계를 유지하지만, 메이조라나 뉴트리노의 경우 서로 다른 맛 구조로 인해 상호 독립적으로 되어 분리된다.
• 타입 I 시즈모델에서는 지배적 맛 구조가 디르악 유형이므로, 렙톤 EDM이 크더라도 쿼크 EDM은 관측 불가능하다.
• 타입 II 시즈모델에서는 메이조라나 유형의 맛 구조가 쿼크 EDM을 증폭시켜 이는 이 메커니즘의 탐색 수단이 된다.
• B 및 L 위반 상호작용이 비불변 맛 구조를 통해 기여하는 양은 $\lesssim 10^{-37}$ e·cm 수준이며, 현재의 한계 이하이지만, 민감도 향상 시 탐지 가능할 수 있다.
• 강한 CP 위상과 메이조라나 위상을 양이온 및 메이조라나 질량 행렬의 배경 값에 통합함으로써 형식론은 성공적으로 이들의 EDM 영향을 체계적으로 분석할 수 있게 되었다.