[論文レビュー] Excitation of Physical Vacuum

M. K. Volkov, Е. С. Кокоулина+1 more|ArXiv.org|Feb 16, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、フラクタル的クォーク-反クォーク対とグルーオンを有するディラック海としてモデル化された物理的真空（PV）の励起が、低エネルギーhadron物理学における異常を説明すると提案している。具体的には、大きな$\sigma$-項、中性子の$\Delta T=1/2$則、および陽子-反陽子消失における奇妙なメソン生成の増幅を含む。このメカニズムは、$0^{++}$中間状態（$\sigma$-メソンに類似）による共鳴的増幅を伴い、Breit-Wigner共鳴行動に類似した振る舞いを示し、多粒子最終状態において観測可能な増幅を引き起こす。

ABSTRACT

Introducing such a notion as a "excitation of physical vacuum" we do an attempt to explain some strange experimental facts such as large value of $σ$-term measured in pion-nucleon low energy scattering, $ΔT=1/2$ rule in kaon two pion decay modes, the ratio of strange to nonstrange yield in low energy proton-antiproton annihilation, excess of soft photons in hadron's collisions. As a test of our approach we suggest to measure the multiparticle production processes and decays of heavy virtual objects.

研究の動機と目的

• パイオングループと核子の散乱における著しく大きな$\sigma$-項（$\sigma \approx 80-200$ MeV）を説明すること。これは核子内の奇妙な成分が過剰であることを示唆する。
• 中性子崩壊における$\Delta T=1/2$則を説明すること。これは$K \to \pi\pi$崩壊振幅がスピン0チャネルで著しく増幅されていることを意味する。
• 特に$^3P_0$初期状態において、閾値近傍の$\bar{p}p$消失における中性子とパイオン生成の比が予想外に高い理由を説明すること。
• 高エネルギーhadron衝突におけるソフト光子の過剰な生成を、高温で平衡状態にあるクォーク-グルーオン的真空状態からの放射に起因すると説明すること。
• 多粒子最終状態における共鳴的増幅の原因として、物理的真空の励起を統一的メカニズムとして提案すること。

提案手法

• 高エネルギー衝突におけるエネルギー移動によって励起可能な、$0^{++}$量子数を有する不安定状態を形成する、物理的真空をディラック海としてモデル化する。
• 励起された真空を沸騰点付近の液体に類似した状態として扱い、臨界温度$T_c$に近いと気泡核生成（ハドロン形成）が増幅されることを仮定する。
• 気泡形成の自由エネルギーの熱力学的類似を用い、$\Delta W \sim a(T-T_c)R^3$と表記し、生成確率に共鳴的増幅をもたらす。
• 行列要素にブライト＝ウィグナー型の形を導入：$M \sim \frac{1}{s_1 - M_\sigma^2 + i\Gamma_\sigma M_\sigma}$、ここで$s_1$は最終状態のインヴァリエント質量。
• 多粒子崩壊（例：$\rho \to 4\pi$、$\Psi' \to 2\pi\mu\bar{\mu}}$）にこの形式を適用し、仮想$\sigma$-極中間状態の寄与を含める。
• ワインバーグの現在代数にインspiredされた非線形対称性実現を用いた有効場理論を用い、$\sigma_k$状態を介した多パイオン生成を記述する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 物理的真空の励起（$y_{PV} \approx 0.5$）によって、パイオングループと核子の散乱における観測された大きな$\sigma$-項が説明可能か？
• RQ2 なぜ$K \to \pi\pi$崩壊において$\Delta T=1/2$則が著しく破れているのか？これは$0^{++}$中間状態に起因するのか？
• RQ3 なぜ$\bar{p}p$消失における$^3P_0$チャネルで$K\bar{K}$と$\pi\pi$生成の比が閾値近傍でほぼ1に近いのか？
• RQ4 高エネルギーhadron衝突におけるソフト光子の過剰は、高温で平衡状態にある真空表面からの放射によって説明可能か？
• RQ5 観測された多粒子最終状態における増幅は、行列要素における共鳴的$\sigma$-極寄与によって記述可能か？

主な発見

• 物理的真空励起モデルは、核子の奇妙な成分に支配的寄与$y_{PV} = 0.5$を予測し、観測された$\sigma \approx 80-200$ MeVと整合的である。
• モデルは、中性子崩壊における$\Delta T=1/2$則を、中性子質量付近の共鳴的$0^{++}$中間状態により説明し、$K \to \pi\pi$崩壊振幅の著しい増幅を誘導する。
• $^3P_0$状態における$\bar{p}p$消失では、モデルが$\text{Br}(\bar{p}p \to KK)/\text{Br}(\bar{p}p \to \pi\pi) \approx 1$を予測し、実験データと一致する。
• モデルは、$\sigma$-極形式$M \sim 1/(s_1 - M_\sigma^2 + i\Gamma_\sigma M_\sigma)$による共鳴的増幅を予測し、$\rho \to 4\pi$および$\Psi' \to 2\pi\mu\bar{\mu}}$崩壊における観測異常を説明可能である。
• hadron衝突におけるソフト光子の過剰は、宇宙マイクロ波背景放射形成に類似した、高温で平衡状態にある真空表面からの放射に起因すると説明される。
• 最終状態の3次元運動量の和がゼロのとき、標準的場理論の結果（例：$e^+e^- \to \pi\pi\gamma$など）を再現するが、非ゼロの3次元運動量状態では新たな増幅を導入する。