[论文解读] Neutron electric dipole moment in the minimal 3-3-1 model

G. De Conto, V. Pleitez|arXiv (Cornell University)|Jun 6, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 6

一句话总结

本文在最小3-3-1模型中计算了中子电偶极矩（EDM），假设CP破坏源于一个物理相位，该相位来自一个复三线性耦合和两个复真空期望值。尽管初始存在多个相位，但在规范对称性约束下仅剩一个物理相位，导致对相位和新奇粒子质量的严格约束，除非新物理参数被精细调节，否则中子EDM将低于实验上限。

ABSTRACT

We calculate the electric dipole moment (EDM) for the neutron in the framework of the minimal 3-3-1 model. We assume that the only source of $CP$ violation arises from a complex trilinear coupling constant and two complex vacuum expectation values. However, from the constraint equations obtained from the potential, only one physical phase remains. We find some constraints on the possible values of this phase and masses of the exotic particles.

研究动机与目标

• 研究包含一个重希格斯六重态的最小3-3-1模型中的中子电偶极矩（EDM）
• 分析复三线性耦合与两个复真空期望值（VEVs）引起的CP破坏对中子EDM的影响
• 在规范对称性将独立相位数减少后，确定剩余单一物理CP破坏相位及新奇粒子质量的物理约束
• 根据中子EDM的实验上限检验该模型的可行性
• 探讨该模型是否能在不违反其他理论约束的前提下，容纳与当前实验限制一致的非零中子EDM

提出的方法

• 构建包含复三线性耦合和真空期望值（VEVs）的最小3-3-1模型中的标量势
• 应用SU(3)规范变换以消除初始五个相位中的两个，将物理CP破坏相位数减少为一个
• 从标量势的导数推导出约束方程，将剩余的物理相位与VEVs和耦合常数联系起来
• 通过涉及带电标量和夸克的一圈图计算中子EDM，包括新奇夸克与带电希格斯玻色子的Yukawa相互作用贡献
• 评估标量-光子顶点相互作用，以在EDM振幅计算中包含电磁修正
• 利用标量扇区的质量矩阵对带电及双带电标量态进行对角化，识别物理质量本征态及其混合模式

实验结果

研究问题

• RQ1 复三线性耦合与复VEVs在最小3-3-1模型中对中子EDM的贡献是什么？
• RQ2 在施加规范对称性约束后，剩余的物理CP破坏相位有多少个？
• RQ3 为与中子EDM的实验上限保持一致，物理CP破坏相位和新奇粒子质量的允许范围是什么？
• RQ4 该模型是否能在不违反其他现象学约束的前提下，生成接近当前实验上限的中子EDM？
• RQ5 带电及双带电标量的混合模式和质量本征态如何影响中子EDM的计算？

主要发现

• 在规范对称性消除了复耦合与VEVs中初始五个相位里的两个后，仅剩一个物理CP破坏相位
• 计算表明，中子EDM与复三线性耦合的虚部以及新奇标量与夸克态之间的混合成正比
• 该模型预测中子EDM的上限由当前实验上限 $3.6 \times 10^{-26}\,e\cdot\text{cm}$ 决定（95%置信水平）
• 推导出对物理CP破坏相位和新奇粒子质量的约束，表明大相位或轻的新奇标量被排除，除非进行精细调节
• EDM的主要贡献来自涉及双带电标量 $Y^{--}$ 和 $J_R$ 型夸克的费曼图，其通过复三线性耦合介导
• 标量-光子顶点相互作用被确定为：单带电标量为 $ie(k^{-}-k^{+})_{ u}$，双带电标量为 $2ie(k^{-}-k^{+})_{ u}$，这对圈图中的电磁顶点修正至关重要