[论文解读] EDM with and beyond flavor invariants

Christopher Smith, Selim Touati|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2017

Neutrino Physics Research参考文献 16被引用 3

一句话总结

本文提出一种系统性框架，利用味对称性和凯莱-哈密顿恒等式，分析标准模型之外夸克和轻子的电偶极矩（EDMs），识别出非不变味结构——特别是来自彩虹图类型的贡献——其主导作用超过传统的雅尔斯克戈类不变量。研究表明，这些非不变结构通常大得多，且与不变量的相关性较低，尤其在马约拉纳中微子情形下，夸克和轻子EDMs出现解耦，为II型 seesaw 模型提供了新的探测途径。

ABSTRACT

In this paper, the flavor structure of quark and lepton EDMs in the SM and beyond is investigated using tools inspired from Minimal Flavor Violation. While Jarlskog-like flavor invariants are adequate for estimating CP-violation from closed fermion loops, non-invariant structures arise from rainbow-like processes. Our goal is to systematically construct these latter flavor structures in the quark and lepton sectors, assuming different mechanisms for generating neutrino masses. Numerically, they are found typically much larger, and not necessarily correlated with, Jarlskog-like invariants. Finally, the formalism is adapted to deal with a third class of flavor structures, sensitive to the flavored U(1) phases, and used to study the impact of the strong CP-violating interaction and the interplay between the neutrino Majorana phases and possible baryon and/or lepton number violating interactions.

研究动机与目标

• 利用味对称性工具，系统分析标准模型之外夸克和轻子EDM中的味结构。
• 识别并量化来自类彩虹图的非不变味结构，这些结构在某些情况下主导于雅尔斯克戈类不变量。
• 研究中微子质量生成机制（狄拉克型、马约拉纳型及seesaw）对EDM预测的影响。
• 将味单态CP破坏相位（包括强CP相位和马约拉纳相位）纳入形式化框架。
• 评估在B和/或L对称性破坏的场景下，非不变结构的物理解释意义。

提出的方法

• 使用味对称性和赝希伯来子技术，对有效EDM算符中的味结构进行分类。
• 应用凯莱-哈密顿恒等式，分解Yukawa耦合中的矩阵多项式，提取味不变量与非不变量。
• 通过换位子项（如 $[Y_u^탚gger Y_u, Y_u^탚gger Y_u Y_d^탚gger Y_d Y_u^탚gger Y_u]$）推导EDM的主要味结构，这些结构无法被不变量捕捉。
• 通过将这些相位嵌入Yukawa或马约拉纳质量矩阵中，将形式化框架扩展以包含异常味单态相位（如强CP相位和马约拉纳相位）。
• 通过非不变味结构分析B和/或L破坏相互作用对EDM的影响。
• 利用维度抑制算符，评估这些结构在seesaw模型（特别是I型和II型）中的物理解释潜力。

实验结果

研究问题

• RQ1 来自彩虹图的非不变味结构如何影响夸克和轻子EDM，与标准雅尔斯克戈不变量相比有何差异？
• RQ2 中微子质量生成机制（狄拉克型、马约拉纳型或seesaw）在塑造EDM主导味结构中起什么作用？
• RQ3 味单态CP破坏相位（如强CP相位或马约拉纳相位）如何影响EDM预测？
• RQ4 在何种情形下，夸克和轻子EDM会实现解耦？这对探测新物理意味着什么？
• RQ5 当不变量被抑制时，非不变味结构是否仍能对EDM贡献主导？

主要发现

• 非不变味结构，特别是来自彩虹图的贡献，在夸克和轻子EDM中通常比雅尔斯克戈类不变量大几个数量级。
• 对于狄拉克中微子，夸克和轻子EDM保持严格成比例；而对于马约拉纳中微子，由于味结构不同，两者趋于基本独立。
• 在I型seesaw模型中，主导味结构为狄拉克型，即使轻子EDM较大，夸克EDM也难以观测。
• 在II型seesaw模型中，马约拉纳型味结构增强了夸克EDM，使其成为探测该机制的可行工具。
• 通过非不变味结构，B-和L破坏相互作用对EDM的贡献估计在 $\lesssim 10^{-37}$ e·cm 量级（$\Lambda \sim 1$ TeV），低于当前实验极限，但未来灵敏度提升后可能被探测到。
• 该形式化框架通过将强CP相位和马约拉纳相位嵌入Yukawa和马约拉纳质量矩阵的背景值中，成功纳入了这些相位，从而能够系统分析其对EDM的影响。