[논문 리뷰] Electric dipole moments at one-loop in the dimension-6 SMEFT

Jonathan Kley, Tobias Theil외 2명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 차원-6 표준모형 효과역장이론(SMEFT)에서 렙톤과 중성자 전기 dipole moment(EDM)의 완전한 1-loop 계산을 제시한다. 이는 재규격화군 연속(RGE)과 유한한 고리 보정을 포함한다. 유한 보정이 특정 연산자에 대해 Λ ≈ 5 TeV일 때 총 1-loop 진폭의 10–20% 기여할 수 있음을 보여주며, 현재 및 향후 실험 제약 조건을 바탕으로 개별 윌슨 계수에 대한 엄격한 경계를 도출한다.

ABSTRACT

In this paper we present the complete expressions of the lepton and neutron electric dipole moments (EDMs) in the Standard Model Effective Field Theory (SMEFT), up to 1-loop and dimension-6 level and including both RG running contributions and finite corrections. The latter play a fundamental role in the cases of operators that do not renormalize the dipoles, but there are also classes of operators for which they provide an important fraction, $10-20\%$, of the total 1-loop contribution, if the new physics scale is around $\Lambda=5$ TeV. We present the full set of bounds on each individual Wilson coefficient contributing to the EDMs using both the current experimental constraints, as well as those from future experiments, which are expected to improve by at least an order of magnitude.

연구 동기 및 목표

• SMEFT의 차원-6 수준에서 렙톤과 중성자 전기 dipole moment(EDM)에 대한 완전한 1-loop 기여를 계산하기 위해.
• 재규격화군 진화(RGE)와 유한한 고리 보정이 EDM 생성에 미치는 역할을 분리하기 위해.
• 현재 및 향후 실험적 제약 조건을 바탕으로 모형 독립적인 개별 윌슨 계수 경계를 유도하기 위해.
• U(3)⁵ 및 U(2)⁵와 같은 플라버 대칭이 도출된 EDM 경계와 윌슨 계수 제약 조건에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• SMEFT의 워싱턴 기저를 사용하여 렙톤과 중성자 EDM에 대한 1-loop 기여를 체계적으로 계산하기 위해.
• 특히 EDM를 직접 재규격화하지 않는 연산자에 대해 RGE 개선 연속과 유한한 1-loop 보정을 포함하기 위해.
• 배경 필드 방법(BFM)과 게이지 불변성 및 여유 연산자의 정확한 처리를 통해 계산의 일관성을 확보하기 위해.
• 스푸리온 전개와 CKM 행렬 변환을 적용하여 게이지 기저 계수를 물리적 질량 기저 관측량과 연결하기 위해.
• 계산된 EDM을 실험 제약 조건과 비교하여 윌슨 계수에 대한 경계를 도출하기 위해, 자연적 스케일링 또는 고정 계수 값에 가정을 적용하기 위해.
• 고리 다이어그램의 명시적 해석 계산을 수행하고, 여러 계산 체계와 대칭 제약 조건을 통해 결과를 교차 확인하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RGE와 유한 보정을 모두 포함한 SMEFT에서 렙톤과 중성자 EDM에 대한 전체 1-loop 기여는 무엇인가?
• RQ2 EDM를 직접 재규격화하지 않는 연산자에 대해 유한한 고리 보정은 얼마나 중요한가?
• RQ3 특정 연산자에 대해 Λ ≈ 5 TeV일 때, 유한 보정이 총 1-loop 진폭의 최대 10–20% 기여하는가?
• RQ4 현재 및 향후 실험 제약 조건에 기반해 전자 및 중성자 EDM에 대한 제약이 SMEFT의 개별 윌슨 계수에 어떻게 영향을 주는가?
• RQ5 U(3)⁵ 및 U(2)⁵ 플라버 대칭은 도출된 윌슨 계수 경계와 UV 스케일 Λ에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 유한한 고리 보정은 새로운 물리 스케일이 Λ ≈ 5 TeV일 때 특정 차원-6 연산자에 대해 총 1-loop 진폭의 최대 20%를 기여한다.
• 전자 EDM의 경우, 윌슨 계수의 허수부 $\text{Im}(C^{eB}_{11})$ 에 대한 경계는 $\text{Im}(C^{eB}_{11}) \sim g' y_e$ 일 때 새로운 물리 스케일이 ∼10³ TeV 이상이어야 한다고 암시한다.
• 중성자 EDM은 주로 $O^{(1,8)}_{quqd}$ 와 같은 4 Fermion 연산자로부터 기인하며, 이에 유한 보정이 무시할 수 없는 기여를 한다.
• U(3)⁵ 플라버 대칭 하에서, 계수가 1로 설정되었을 때 $\text{Im}(F^{(1)}_{quqd})$ 에 대해 UV 스케일 Λ의 하한은 ∼10⁷ TeV에 도달한다.
• U(2)⁵ 플라버 대칭 하에서, $\text{Im}(C^{(1)}_{quqd})$ 와 $\text{Im}(C^{(8)}_{quqd})$ 에 대한 경계는 상당히 약화되며, 자연적 스케일링일 경우 $\Lambda \gtrsim 10^2$ TeV가 된다.
• 중성자 EDM은 $O^{(1,8)}_{quqd}$ 와 $O^{(3)}_{lequ}$ 에 대해 가장 민감하며, 향후 실험에서 이들의 윌슨 계수 경계는 수십 개의 자리 수 개선된다.