[论文解读] 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 4

一句话总结

本文重新評估了Babu與Mohapatra提出的最小宇稱對稱模型，用以解決強CP問題，發現QCD有效真空角$\bar{\theta}$的兩圈量子修正並未如先前假設的那樣由弱尺度抑制。相反，其數值為$10^{-3}$至$10^{-2}$量級，乘以未知的混合角與相位，意味著該模型並非普遍解決強CP問題，但在參數空間的微調區域中仍可能成立。

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.

研究动机与目标

• 重新評估最小Babu-Mohapatra宇稱對稱模型中$\bar{\theta}$參數的輻射穩定性。
• 計算此模型中$\bar{\theta}$的首階兩圈貢獻，修正先前的估計。
• 評估該模型在當前中子電偶極矩（EDM）實驗限制下的可行性。
• 判斷由$\bar{\theta}$主導的EDM是否可與由高維算符誘導的EDM區分。

提出的方法

• 在軟性破缺宇稱模型中進行$\bar{\theta}$的詳細兩圈計算，專注於正標量質量的對稱相。
• 使用有效場論（EFT）技術，將紫外理論匹配至新物理尺度下的SM-EFT。
• 分別分析宇稱對稱性在單重態夸克質量矩陣與希格斯場中的軟性破缺貢獻。
• 估算$\bar{\theta}$的閾值修正，考慮到$\bar{\theta}$為邊緣耦合，不會因重態粒子而退耦。
• 利用核矩陣元與屏蔽因子計算核子與原子EDM，以將$\bar{\theta}$與可觀測量聯繫起來。
• 將$^2$H、$^3$He、Hg、Ra及ThO等極性分子中EDM的預測與當前實驗限制進行比較。

实验结果

研究问题

• RQ1 在最小宇稱模型中，$\bar{\theta}$的兩圈修正是否如先前假設的那樣受弱尺度抑制？
• RQ2 兩圈貢獻的實際大小為何？其對未知混合角與相位的依賴關係為何？
• RQ3 該模型是否可在不進行微調的情況下，仍符合$\bar{\theta} < 10^{-10}$的限制？
• RQ4 所產生的EDM是否主要由$\bar{\theta}$項主導，還是由高維CP破缺算符主導？
• RQ5 未來的EDM實驗，特別是極性分子中的實驗，能否區分$\bar{\theta}$主導的場景與其他CP破缺來源？

主要发现

• 在最小宇稱模型中，$\bar{\theta}$的兩圈修正並未受弱尺度抑制，與先前估計相反。
• $\bar{\theta}$的主要貢獻來自單重態夸克質量矩陣中的宇稱軟性破缺，其修正量級為$10^{-3}$至$10^{-2}$，乘以未知的混合角與相位。
• 希格斯場中宇稱軟性破缺的貢獻較小，估計為$\sim 10^{-8}$量級，乘以混合角與相位。
• 該模型並非普遍解決強CP問題，因為$\bar{\theta}$並非自然地小。
• 在參數空間的非典型區域，$\bar{\theta}$可維持在$10^{-10}$以下，但仍接近當前限制。
• 所產生的EDM主要由$\bar{\theta}$項主導，使其成為未來實驗中探測此類模型的關鍵探針。