[论文解读] A Healthy Electron/Neutron EDM in D3/D7 mu-Split-Like SUSY

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

Atomic and Subatomic Physics Research参考文献 42被引用 5

一句话总结

该论文在 ${\cal N}=1$ 规范超引力框架下提出了一种 D3/D7 $μ$-分裂 SUSY 模型，通过涉及重态带电粒子和希格斯ino 的单圈图，生成了‘健康’的电子和中子电偶极矩（EDM），避免了分裂 SUSY 中典型的抑制效应。其结果为 $d_e/e \sim \mathcal{O}(10^{-32})\,{\rm cm}$ 和 $d_n/e \sim \mathcal{O}(10^{-33})\,{\rm cm}$，而由 $W^{\pm}$ 玻色子和希格斯粒子参与的两圈 Barr-Zee 图贡献了 $\mathcal{O}(10^{-27})\,{\rm cm}$ 的更大贡献，所有结果均因受控的 CP 违反相位（来自威尔逊线和 D3-膜模）而与实验限制一致。

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 .

研究动机与目标

• 在弦理论紧化背景下构建一个现象学上可行的 $μ$-分裂 SUSY 模型，自然实现较大的 $\mu$-参数并抑制味改变的中性流。
• 通过在重标量费米子存在的情况下仍能实现显著的单圈 EDM 贡献，缓解 SUSY 模型中大 CP 违反相位与严格 EDM 实验限制之间的矛盾。
• 通过威尔逊线模（用于第一/第二代费米子）和 D3-膜位置模（用于希格斯场）识别 CP 违反相位的来源，确保有效 Yukawa 和规范耦合具有不同的复相位。
• 在单圈和两圈水平上计算电子与中子 EDM，表明该模型在不需非自然微调的情况下，其结果接近当前实验限制。

提出的方法

• 采用具有可移动 $D3$-膜的瑞士奶酪型 Calabi-Yau 紧化，以及带有通量的 $D7$-膜堆栈，以实现 $μ$-分裂 SUSY 谱。
• 将威尔逊线模与第一代和第二代夸克及轻子对应，将 D3-膜位置模与两个希格斯双态对应，通过模的真空期望值引入复相位。
• 从温尼诺与希格斯ino 的混合构造带电粒子质量矩阵，其相互作用顶点由包含 $g_{YM}$、$T^B$ 和 $\partial_{{\cal Z}_i}T_B$ 项的 ${\cal N}=1$ 规范超引力拉格朗日量导出。
• 利用有效拉格朗日量技术，评估来自重带电粒子和轻希格斯粒子在圈中的单圈 EDM 贡献，以及涉及 $W^{\pm}$ 和希格斯玻色子的两圈 Barr-Zee 图贡献。
• 从矩阵 $M_{{\tilde{\chi}}^{\pm}}$ 推导出带电粒子质量本征态与混合角，其元素包含 $\tilde{f}$、$v=246\,{\rm GeV}$、$M_P$ 和体积模 $\cal V$，得到质量本征值 $m_{{\tilde{\chi}}^{\pm}_1} \sim \mathcal{O}(100\,{\rm GeV})$ 和 $m_{{\tilde{\chi}}^{\pm}_2} \sim \mathcal{O}(1\,{\rm TeV})$。
• 使用包含重带电粒子、希格斯ino 和 SM 类似夸克的传播子的圈积分计算 EDM，CP 相位来源于电弱尺度下标量费米子与希格斯质量矩阵的非对角项。

实验结果

研究问题

• RQ1 在弦理论紧化下的 $μ$-分裂 SUSY 模型能否在重标量费米子存在的情况下，生成显著的单圈电子与中子 EDM 贡献？
• RQ2 该模型中 CP 违反相位的来源是什么？它们能否生成具有不同复相位的非平凡有效 Yukawa 与规范耦合？
• RQ3 单圈带电粒子图与两圈 Barr-Zee 图对 EDM 的贡献在大小和对模型参数的依赖性上如何比较？
• RQ4 该模型能否在不需异常小的 CP 相位或微调的情况下，实现接近当前实验限制的 EDM 值？
• RQ5 威尔逊线模与 D3-膜位置模在生成 EDM 所需的 CP 违反相位中分别起到什么作用？

主要发现

• 该模型通过圈中重带电粒子与轻希格斯粒子的传播子，生成主导的单圈电子 EDM，大小为 $d_e/e \sim \mathcal{O}(10^{-32})\,{\rm cm}$。
• 中子 EDM 主要来自圈中 SM 类似夸克与希格斯粒子的单圈贡献，大小为 $d_n/e \sim \mathcal{O}(10^{-33})\,{\rm cm}$。
• 涉及 $W^{\pm}$ 和希格斯玻色子的两圈 Barr-Zee 图贡献了 $d_e/e \sim \mathcal{O}(10^{-27})\,{\rm cm}$，为最大贡献，接近当前实验限制。
• 由重标量费米子与轻希格斯粒子构成的两圈贡献为 $d_e/e \sim \mathcal{O}(10^{-29})\,{\rm cm}$，同样处于当前实验探测能力范围内。
• CP 违反相位来源于电弱尺度下标量费米子与希格斯质量矩阵的非对角项，而非软对称性破缺参数，从而在不违反约束的前提下实现大 EDM。
• 该模型通过利用近乎简并的重希格斯ino、中性子与规范子作为费米子传播子，避免了分裂 SUSY 中单圈 EDM 的典型抑制，实现了‘健康’的 EDM。