[论文解读] Electric dipole moments at one-loop in the dimension-6 SMEFT

Jonathan Kley, Tobias Theil+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

本文在维度-6标准模型有效场论（SMEFT）中完成了轻子和中子电偶极矩（EDM）的完整一环计算，包括跑动和有限量子修正。结果表明，对于某些算符，在Λ ≈ 5 TeV时，有限修正可贡献总一环振幅的10%–20%，并利用当前和未来的实验约束推导出对单个威尔逊系数的严格限制。

ABSTRACT

In this paper we present the complete expressions of the lepton and neutron electric dipole moments (EDMs) in the Standard Model Effective Field Theory (SMEFT), up to 1-loop and dimension-6 level and including both RG running contributions and finite corrections. The latter play a fundamental role in the cases of operators that do not renormalize the dipoles, but there are also classes of operators for which they provide an important fraction, $10-20\%$, of the total 1-loop contribution, if the new physics scale is around $\Lambda=5$ TeV. We present the full set of bounds on each individual Wilson coefficient contributing to the EDMs using both the current experimental constraints, as well as those from future experiments, which are expected to improve by at least an order of magnitude.

研究动机与目标

• 在维度-6层级计算SMEFT中轻子和中子电偶极矩（EDM）的完整一环贡献。
• 厘清跑动方程（RGE）和有限量子修正在生成EDM中各自的作用。
• 利用当前和未来对EDM的实验限制，推导出模型无关的单个威尔逊系数的约束。
• 评估味对称性（U(3)⁵和U(2)⁵）对所得EDM约束和威尔逊系数限制的影响。

提出的方法

• 采用维度-6 SMEFT算符的华沙基（Warsaw basis）系统计算轻子和中子EDM的一环贡献。
• 同时包含RGE改进的跑动和有限一环修正，特别是对那些不直接对偶极矩进行重整化的算符。
• 使用背景场方法（BFM）并仔细处理规范不变性和冗余算符，以确保计算的一致性。
• 应用伪粒子展开（spurionic expansions）和CKM矩阵变换，将规范基系数关联到物理质量基可观测量。
• 通过将计算得到的EDM与实验限制进行比较，假设自然标度或固定系数值，推导出对威尔逊系数的约束。
• 对费曼图进行显式解析计算，并通过多种方案和对称性约束对结果进行交叉验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 在SMEFT中，轻子和中子EDM的完整一环贡献（包括RGE和有限修正）是什么？
• RQ2 对于不直接对EDM进行重整化的算符，有限量子修正有多重要？
• RQ3 在Λ ≈ 5 TeV时，有限修正对特定算符的总一环振幅贡献可达10%–20%的程度？
• RQ4 当前和未来的电子与中子EDM实验限制如何约束SMEFT中单个威尔逊系数？
• RQ5 U(3)⁵和U(2)⁵味对称性如何影响对威尔逊系数的约束以及紫外标度Λ？

主要发现

• 当新物理标度为Λ ≈ 5 TeV时，对于某些维度-6算符，有限量子修正可贡献高达20%的总一环振幅。
• 对于电子EDM，若Im(C^{eB}_{11}) ∼ g' y_e，则Im(C^{eB}_{11})的约束意味着新物理标度需高于∼10³ TeV。
• 中子EDM主要来自四费米子算符（如O^{(1,8)}_{quqd}），有限修正起着不可忽视的作用。
• 在U(3)⁵味对称性下，当系数取单位值时，Im(F^{(1)}_{quqd})的紫外标度Λ下限可达∼10⁷ TeV。
• 在U(2)⁵味对称性下，Im(C^{(1)}_{quqd})和Im(C^{(8)}_{quqd})的约束显著减弱，自然标度下Λ ≳ 10² TeV。
• 中子EDM对O^{(1,8)}_{quqd}和O^{(3)}_{lequ}最为敏感，未来实验将使这些算符的威尔逊系数约束提高数个数量级。