[論文レビュー] Calculation of parity nonconservation in cesium and possible deviation from the Standard Model

V. A. Dzuba, V. V. Flambaum+1 more|ArXiv.org|Nov 2, 2001

Radioactive element chemistry and processing参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、スクリーン化されたクーロン相互作用における多体摂動理論を用いて、ブライト項および放射修正を含めた、セシウムにおけるパリティ非保存（PNC）E1遷移行列要素の高精度計算を提示する。結果として得られた $ E_{PNC} = 0.902(0.7/)iea_B(Q_W/N) $ は、核の弱い電荷 $ Q_W = -72.39(0.4\%\text{ exp} \pm 0.7\%\text{ theory}) $ を得ており、これは標準模型の値 $-73.09(3)$ から顕著なずれを示さない。

ABSTRACT

We have calculated the 6s-7s parity nonconserving E1 transition amplitude (E_{PNC}) in cesium. This calculation has been performed with higher numerical accuracy than our 1989 calculation [V.A. Dzuba, V.V. Flambaum, and O.P. Sushkov, Phys. Lett. A {\bf 141}, 147]. Also the Breit interaction has been included and the radiative corrections estimated. Our final result is E_{PNC}=0.902 (1 +/- 0.7%)iea_{B}(Q_{W}/N). This represents an improvement in the accuracy of the calculation from the 1% error claimed in 1989. This result corresponds to a nuclear weak charge for Cs, Q_{W}=-72.39 (1 +/- 0.4% (exp) +/- 0.7% (theory)). We conclude that there is no significant deviation from the Standard Model value -73.09(3).

研究の動機と目的

• 1989年に達成された1%未満の理論的精度を超える、セシウムにおける $6s-7s$ パリティ非保存E1遷移行列要素の理論的精度の向上を目的とする。
• 以前に報告された標準模型の弱い電荷からの2.5σのずれが、理論的不確実性の低く見積もられていたことに起因するかどうかを評価すること。
• ブライト相互作用や $Z\alpha^2$ および $Z^2\alpha^3\ln^2(\lambda/R_n)$ 階層の放射修正といった高次項補正を含めること。
• 核電荷分布および中性子分布モデルの改善がPNC行列要素に与える影響を評価すること。
• 高精度な実験測定と比較可能な、$Q_W$ の頑健な理論的推定値を提供すること。

提案手法

• スクリーン化されたクーロン相互作用における多体摂動理論を用い、支配的となる電子相関効果を体系的に含める全オーダー技法を採用した。
• 行列要素およびエネルギー準位の精度を向上させるために、エネルギー適合相関ポテンシャル ($\hat{\Sigma}^{(2)}$ および $\hat{\Sigma}$) を使用した。
• ブライト相互作用が $E_{PNC}$ に与える寄与を計算し、原子単位で $-0.0055$ の補正を得た。
• ウエリングポテンシャルおよび他の $Z^2\alpha^3\ln^2(\lambda/R_n)$ 型項による放射修正を推定し、ネット放射修正は $0.000 \pm 0.004$ であった。
• 行列要素計算において、構造的放射修正および正規化補正を組み込んだ。
• 改良された核電荷分布を用い、中性子分布のわずかな効果を考慮し、$E_{PNC}$ に $-0.0018$ の寄与を与えた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 以前に観測されたセシウムの弱い電荷の標準模型からの2.5σのずれは、理論的不確実性が低く見積もられていたことに起因するのか？
• RQ2 ブライト相互作用はセシウムにおけるPNC行列要素にどのような影響を及ぼし、弱い電荷抽出にどのように寄与するのか？
• RQ3 特に $Z^2\alpha^3\ln^2(\lambda/R_n)$ 階層の高次放射修正はPNC行列要素にどのような寄与をもたらすのか？
• RQ4 向上した数値的精度およびエネルギー適合処理は、PNC行列要素計算の安定性と信頼性にどのように影響するのか？
• RQ5 中性子分布および改良された電荷分布からの補正は、PNC行列要素にどの程度の変化をもたらすのか？

主な発見

• 6s-7s PNC行列要素は $ E_{PNC} = 0.902(0.7\%\text{ theory})iea_B(Q_W/N) $ として計算され、理論的精度が著しく向上した。
• ブライト相互作用は $E_{PNC}$ に $-0.0055$ の寄与を示し、以前の推定値を確認するとともに、標準模型からの以前のずれを小さくした。
• $Z^2\alpha^3\ln^2(\lambda/R_n)$ 階層の放射修正は $+0.004$ を寄与させ、エネルギー間隔およびE1行列要素からの類似した補正を加えると、ネット放射修正は $0.000 \pm 0.004$ となった。
• 中性子分布補正は $E_{PNC}$ を $-0.0018$ だけずらし、以前の結果と整合的であり、現在の精度水準では無視できる。
• 最終的な $E_{PNC}$ の理論的不確実性は $0.7\%$ であり、実験的不確実性は $0.4\%$ で、$Q_W$ の総合不確実性は $0.8\%$ となった。
• 抽出された弱い電荷 $Q_W = -72.39(0.4\%\text{ exp} \pm 0.7\%\text{ theory})$ は、標準模型の値 $-73.09(3)$ から $1.0\% \pm 0.7\%$ のずれを示すが、これは統計的に有意ではない。