[論文レビュー] Chiral Two-Body Currents and Neutrinoless Double-Beta Decay in the QRPA

J. Engel, F. Šimkovic+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 2014

Neutrino Physics Research被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、クーパー対の近似（QRPA）におけるニュートリノ無し二重ベータ崩壊行列要素に及ぼすキラル2体核力の影響を調査する。キラル効果場理論（χEFT）を用いて2体弱い力場をモデル化し、QRPA行列要素が約20%減少することを発見した。これは殻模型計算と比べて著しく小さい。その理由は、2ニュートリノ崩壊率を再現するために対称スカラー対結合定数をフィッティングすることで、力場に起因するクエンチングが相殺されるためである。

ABSTRACT

We test the effects of an approximate treatment of two-body contributions to the axial-vector current on the QRPA matrix elements for neutrinoless double-beta decay in a range of isotopes. The form and strength of the two-body terms come from chiral effective-field theory. The two-body currents typically reduce the matrix elements by about 20%, not as much as in shell-model calculations. One reason for the difference is that standard practice in the QRPA is to adjust the strength of the isoscalar pairing interaction to reproduce two-neutrino double-beta decay lifetimes. Another may be the larger QRPA single-particle space. Whatever the reasons, the effects on neutrinoless decay are significantly less than those on two-neutrino decay, both in the shell model and the QRPA.

研究の動機と目的

• キラル2体核力がQRPAフレームワーク内でのニュートリノ無し二重ベータ崩壊（0νββ）行列要素に与える影響を評価すること。
• 同じ物理的状況下でも、QRPAにおける2体力効果が殻模型計算と比べて小さい理由を調査すること。
• 対称スカラー対結合定数（$g_{pp}^{T=0}$）を2ニュートリノ崩壊率に合わせてフィッティングすることで、0νββ行列要素の抑制がどの程度補われているかを特定すること。
• モデル空間のサイズと相関構造の観点から、QRPAと殻模型における2体力の役割を比較すること。
• 2体力に起因する行列要素の減少が、現在の0νββ崩壊に関する実験的制約と整合しているかどうかを評価すること。

提案手法

• 軸ベクトル型の弱い力場に注目し、キラル効果場理論（χEFT）を用いて1体および2体弱い力場演算子を導出する。
• 大規模な単粒子モデル空間を用いたクーパー対の近似（QRPA）を適用し、0νββ行列要素を計算する。
• Menéndezら（2011年）およびKlosら（2013年）に従い、χEFTの2体力場から導かれる有効1体力場演算子を導入する。
• 2ニュートリノ二重ベータ崩壊の測定された寿命を再現するために、対称スカラー対結合定数（$g_{pp}^{T=0}$）の強度を調整する。
• 2体力寄与を含む・含まない行列要素を比較し、そのクエンチング効果を分離する。
• 複数の同位体にわたる体系的検討を行い、結果の頑健性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 キラル2体核力は、QRPAにおけるニュートリノ無し二重ベータ崩壊の行列要素にどのように影響を与えるか？
• RQ2 同じ物理的状況下でも、QRPAにおける0νββ行列要素の2体力による抑制は、なぜ殻模型計算と比べて小さいのか？
• RQ3 対称スカラー対結合定数を2ニュートリノ崩壊率に合わせてフィッティングすることで、2体力効果の補償はどの程度達成されるか？
• RQ4 QRPAにおけるより大きな単粒子空間は、2体力に対する行列要素の感度にどのように影響を与えるか？
• RQ5 2体力に起因する行列要素の減少は、現在の0νββ崩壊に関する実験的制約と整合しているか？

主な発見

• キラル2体核力は、ニュートリノ無し二重ベータ崩壊のQRPA行列要素を約20%減少させる。
• この減少は、殻模型計算で観測される抑制と比べて著しく小さい。
• QRPAにおけるこの小さな影響は、主に2ニュートリノ二重ベータ崩壊率を再現するために対称スカラー対結合定数（$g_{pp}^{T=0}$）をフィッティングすることで、力場に起因するクエンチングが相殺されるためである。
• QRPAにおけるより大きな単粒子空間は、高運動量成分のクエンチングがやや軽減されるため、2体力の相対的効果をさらに小さくする可能性がある。
• QRPAにおける補償機構により、2体力の導入があっても0νββ行列要素は相対的に安定したままである。
• 結果から、2体力を含むQRPA計算が現在の実験的制約と整合していることが示され、QRPAが0νββ崩壊の研究において信頼性があることを支持する。