[論文レビュー] Do Minimal Parity Solutions to the Strong CP Problem Work?

Jordy de Vries, Patrick Draper+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 3, 2021

Parallel Computing and Optimization Techniques被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、バブーとモハパトラが提唱した強いCP問題を解消するための最小限のパリティ対称性モデルを再評価し、2次ループの量子補正が、以前の仮定とは異なり弱いスケールによって抑制されないことを発見した。代わりに、未知の混合角や位相に比例して、$10^{-3}$ から $10^{-2}$ のオーダーの補正が生じる。これは、モデルが一般には強いCP問題を解消しないが、パrameter空間の微調整された領域では依然として妥当である可能性を示唆する。

ABSTRACT

One class of solutions to the strong CP problem relies on generalized parity symmetries. A minimal model of this type, constructed by Babu and Mohapatra and based on a softly broken parity symmetry, has the remarkable property that effective QCD vacuum angle $\barθ$ vanishes up to one-loop order. We compute the leading two-loop contributions to $\barθ$ in this model and estimate subleading contributions. In contrast to previous estimates, we argue that $\bar θ$ is not suppressed by the weak scale, and we find contributions of order $10^{-3}$-$10^{-2}$ multiplying unknown mixing angles and phases. Thus the model does not generically address the strong CP problem, but it might be made consistent with $\barθ<10^{-10}$ in some corners of parameter space. For such non-generic parameters, $\barθ$ is still likely to be just below present bounds, and therefore provides the dominant source of hadronic EDMs. We discuss the resulting EDM phenomenology.

研究の動機と目的

• 最小バブー＝モハパトラパリティ対称性モデルにおける$ar{\theta}$パラメータの放射安定性を再評価すること。
• このモデルにおける$ar{\theta}$の主要な2次ループ寄与を計算し、以前の推定を是正すること。
• 現在の中性子電気双極子モーメント（EDM）に関する実験的制限と整合するか、モデルが存続可能かどうかを評価すること。
• $\bar{\theta}$に起因するEDMと、高次元オペレーターに起因するものとを区別できるかを特定すること。

提案手法

• ソフト対称性の破れを伴うパリティモデルにおける$ar{\theta}$の詳細な2次ループ計算を実施し、正のスカラー質量を持つ対称性の高い状態に注目する。
• 新しい物理学のスケールでUV理論を標準模型EFT（SM-EFT）にマッチングするため、有効場理論（EFT）技術を用いる。
• アイソスピン1のクォーク質量行列とヒッグス系におけるパリティのソフトな破れに起因する寄与を別々に分析する。
• $\bar{\theta}$がマージナルな結合定数であり、重い粒子とともに消えないことから、しきい値補正を推定する。
• 核行列要素とスクリーニング係数を用いて、$ar{\theta}$を観測可能な量に結びつけることにより、バリオンおよび原子のEDMを計算する。
• ヘリウム-2、ヘリウム-3、Hg、Ra、およびThOのような極性分子におけるEDMの予測を、現在の実験的限界と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最小パリティモデルにおける$ar{\theta}$の2次ループ補正は、従来の仮定とは異なり、弱いスケールによって抑制されるのか？
• RQ2 実際の$ar{\theta}$の2次ループ寄与の大きさは何か？ また、未知の混合角や位相にどのように依存するか？
• RQ3 微調整を伴わずに、$ar{\theta} < 10^{-10}$ の現在の制限を満たすことができるか？
• RQ4 得られたEDMは、$ar{\theta}$項に支配されているのか、それとも高次元CP破れオペレーターに起因するのか？
• RQ5 特に極性分子を用いた今後のEDM実験は、$ar{\theta}$に起因する状況と他のCP破れの源を区別できるか？

主な発見

• 最小パリティモデルにおける$ar{\theta}$の2次ループ補正は、従来の推定とは異なり、弱いスケールによって抑制されない。
• $ar{\theta}$の主な寄与は、アイソスピン1クォーク質量行列におけるパリティのソフトな破れに起因し、未知の混合角や位相に比例して$10^{-3}$ から $10^{-2}$ のオーダーの補正が生じる。
• ヒッグス系におけるパリティのソフトな破れに起因する寄与は小さく、混合角や位相に比例して約$\sim 10^{-8}$ と推定される。
• モデルは一般には強いCP問題を解消しない。なぜなら、$ar{\theta}$が自然に小さくならないからである。
• パrameter空間の非一般的領域では、$ar{\theta}$を$10^{-10}$未満に保つことは可能だが、現在の限界に非常に近い。
• 得られるEDMは$ar{\theta}$項に支配され、今後の実験においてこのクラスのモデルを調べる主要なプローブとなる。