[논문 리뷰] The Neutron and the Lepton EDMs in MSSM, Large CP violating Phases, and the Cancellation Mechanism

Tarek Ibrahim, Pran Nath|arXiv (Cornell University)|1998. 07. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 193

한 줄 요약

이 논문은 모든 가능한 CP 위반 위상, 특히 글루아노, 카린오, 뉴트랄리노 기여를 포함한 최소 초대칭 표준모형(MSSM)에서 중성자 및 레프톤 전기 dipole moment(EDM)를 계산하기 위한 완전한 분석적 프레임워크를 제공한다. 연구는 EDM가 오직 다섯 개의 독립적 위상 조합—특히 αk + θ₁ 및 ξi + θ₁—에 의존함을 규명하여, 내부 상쇄가 발생함으로써 실험적 한계와도 일치하는 큰 CP 위상이 가능함을 보여준다.

ABSTRACT

An analysis of the electric dipole moment (EDM) of the neutron and of the leptons in the minimal supersymmetric standard model (MSSM) with the most general allowed set of CP violating phases without generational mixing is given. The analysis includes the contributions from the gluino, the chargino and the neutralino exchanges to the electric dipole operator, the chromoelectic dipole operator, and the CP violating purely gluonic dimension six operator. It is found that the EDMs depend only on certain combination of the CP phases. The independent set of such phases is classified. The analysis of the EDMs given here provides the framework for the exploration of the effects of large CP violating phases on low energy phenomena such as the search for supersymmetry at colliders, and in the analyses of dark matter consistent with the experimental limits on EDMs via the mechanism of internal cancellations.

연구 동기 및 목표

• 모든 가능한 CP 위반 위상 조합을 포함한 MSSM에서 중성자 및 레프톤 EDM의 완전한 분석적 계산을 제공하는 것.
• 최소 초중력 이론 프레임워크를 초월하여 EDM를 지배하는 독립적 위상 조합을 규명하는 것.
• 대규모 CP 위반 위상이 콜라이더 탐색 및 암흑물질 밀도 제약 조건과 같은 저에너지 현상에 미치는 영향을 연구하기 위한 프레임워크를 수립하는 것.
• 이전의 내부 상쇄 메커니즘 연구를 확장하여 글루아노, 카린오, 뉴트랄리노 영역의 모든 관련 CP 위상을 포함하는 것.
• 중성자 및 레프톤 EDM에 영향을 주는 독립적 CP 위상의 수를 정량화하여, 최소 초중력 모델에 비해 상당히 증가함을 보여주는 것.

제안 방법

• 글루아노, 카린오, 뉴트랄리노 교환에 의한 1-루프 기여를 전기 dipole 연산자(EDM), 크로모전기 dipole 연산자, 순수하게 글루온성 차원-6 연산자에 대해 분석적으로 계산한다.
• 효과적 라그랑지안 접근법을 사용하여, 상호작용 항 LI = −i/2 df ¯ψσμνγ⁵ψFμν를 통해 EDM를 정의한다.
• 부드러운 SUSY 위반 영역의 모든 CP 위반 위상을 포함한다: 복소수 A-항목(αq, αl), 게이지노 질량(ξ1, ξ2, ξ3), 힉스 진공 기대값(χ1, χ2), 그리고 μ-항목 위상(θμ).
• 이중 유니터리 변환을 사용하여 카린오 및 뉴트랄리노 질량 행렬을 대각화하여 혼합 각도와 위상을 불변 조합으로 표현한다.
• EDM 기여를 지배하는 Fermion-sfermion-gaugino 꼬리 꼬리의 허수 부분(예: Im(Γ1kq), Im(Γqik), Im(ηqik))에 대한 명시적 표현을 유도한다.
• QCD 양자역학적 군 수축 인자(ηE, ηC, ηG)를 사용하여 결과를 전자기적 스케일에서 강입자 스케일로 진화시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 모든 위상 조합을 포함할 때 MSSM에서 중성자 및 레프톤 EDM를 지배하는 CP 위반 위상의 조합은 무엇인가?
• RQ2 세대 간 혼합이 없는 일반 MSSM에서 중성자 EDM 및 레프톤 EDM에 영향을 주는 독립적 CP 위상의 수는 몇 개인가?
• RQ3 내부 상쇄를 통해 큰 CP 위반 위상이 현재의 실험적 EDM 한계와 일치할 수 있는가?
• RQ4 글루아노, 카린오, 뉴트랄리노 교환의 기여가 총 EDM을 결정하는 데 어떻게 조합되는가?
• RQ5 모든 CP 위상을 포함함으로써 저에너지 물리학에서 큰 CP 위반의 가능성이 있는 매개변수 공간에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 중성자 EDM는 아홉 개의 독립적 CP 위상 조합에 의존한다: αk + θ₁ (k = u, d, t, b, c, s) 및 ξi + θ₁ (i = 1, 2, 3), 여기서 θ₁ = θμ + χ₁ + χ₂이다.
• 전자 EDM는 세 개의 독립적 위상 조합에 의존한다: αe + θ₁ 및 ξi + θ₁ (i = 1, 2).
• 순수 글루온성 차원-6 연산자는 토프 및 바텀 쿼크 루프를 통해 EDM에 기여하며, 추가로 네 개의 위상 조합을 도입한다: αt + θ₁, αb + θ₁, αc + θ₁, αs + θ₁.
• 모든 위상을 포함함으로써 중성자 및 전자 EDM의 경우 독립적 위상 조합의 수가 최소 초중력 모델의 두 개에서 총 열 개로 증가한다.
• 결과는 최소 초중력 모델에서 모든 위상들이 단일 A-항 위상 α₀와 균일한 게이지노 위상 ξ₁/₂에서 유도되는 경우 이전 연구 [8]의 결과로 축소된다.
• 이 프레임워크는 실험적 EDM 제약 조건과 내부 상쇄를 통해 일치하는 콜라이더 물리학 및 암흑물질 잔류 밀도 계산에서 큰 CP 위반 위상을 탐색할 수 있도록 한다.