[論文レビュー] Neutron-antineutron oscillation and parity and CP symmetries

Kazuo Fujikawa, Anca Tureanu|arXiv (Cornell University)|Oct 3, 2015

Noncommutative and Quantum Gravity Theories参考文献 12被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、CPTおよびローレンツ不変な有効理論における中性子-反中性子振動が、CP対称性の破れを必然的に示すわけではないことを示している。これは、バリオン数の定義における位相の不確かさのため、$Δ B=2$ 時間対称性のCP性質が定義されていないからである。主な結果は、このような振動におけるCP対称性の破れが偽物であり、バリオゲネシスに利用できないこと、そして振動が成立するにはバリオン数の破れに加えてパリティの破れが必要であるということである。

ABSTRACT

It is shown that the neutron-antineutron oscillation per se does not necessarily imply CP violation in an effective local Lorentz invariant description of the neutron which preserves CPT, contrary to a recent analysis in the literature. A CP- and baryon number-violating term can be transformed into a CP conserving one, thus rendering the CP violation spurious and unusable in the analysis of baryogenesis, for example. It is also shown that the neutron-antineutron oscillation in a $ΔB=2$, Lorentz and CPT invariant interaction can occur only when parity is violated, irrespective of the CP properties; when parity is conserved, it is the ordinary quantum transition from neutron to antineutron which takes place. Those statements are proven by explicitly analyzing all the possible combinations with P, C and CP violation or their conservation. Moreover, a suitable combination of P=odd and P=even $ΔB=2$ interactions in the present model is shown to give rise to the CP preserving mass term for the right-handed neutrino if one replaces the neutron by the neutrino, reinforcing the conclusion.

研究の動機と目的

• CPTおよびローレンツ不変な有効場理論において、中性子-反中性子振動がCP対称性の破れを示すかどうかを明確にすること。
• 中性子を含む$Δ B=2$ 時間対称性の破れ相互作用におけるパリティ、C、P、CP、T対称性の役割を調査すること。
• 中性子振動におけるCP対称性の破れの物理的意味がバリオゲネシスやニュートリノ質量モデルに与える影響を評価すること。
• CP奇性を示す$Δ B=2$ 項の性質が、位相再定義に対して不変でないため、バリオゲネシスには物理的に意味を持たないことを示すこと。

提案手法

• ローレンツ不変で局所的かつヒルベルト型の場理論を用いて、$Δ B=2$ バリオン数破れ項とパリティ破れ質量項を含む中性子ラグランジアンを解析すること。
• 中性子場に$π/4$ 位相回転を適用し、バリオン数破れ項を変換することで、CおよびCP対称性の性質が曖昧になることを示すこと。
• さまざまな$Δ B=2$ 相互作用項の離散的対称性（P、C、T、CP、CPT）の変換性を明示的に計算すること。
• P奇性とP偶性の$Δ B=2$ 項の比較とそれらの合成効果を検討し、真の振動を可能にするのはP奇性項のみであることを示すこと。
• 中性子場を右巻きニュートリノに置き換えることで、右巻きニュートリノへの解析を拡張し、得られる質量項がCP保存的であることを示すこと。
• ディラック行列のBJL表記法とフェルミオンのC、P、T、CPT変換の標準的定義を用いること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CPTおよびローレンツ不変な有効場理論において、中性子-反中性子振動は必然的にCP対称性の破れを示すのか？
• RQ2 場の再定義に依存するCP奇性の$Δ B=2$ 相互作用が物理的に意味を持つことができるか？
• RQ3 パリティの破れが真の中性子-反中性子振動を可能にする役割は何か？
• RQ4 $Δ B=2$ 項のCP性質はバリオゲネシスのシナリオにおいて意味的に利用可能か？
• RQ5 同じ構造から得られるCP保存的右巻きニュートリノ質量項の物理的意味は何か？

主な発見

• $π/4$ 位相回転により、$Δ B=2$ 項のCP奇性が不変でないことが示され、CP対称性の破れは偽物であり、バリオゲネシスには物理的に意味を持たない。
• $π/4$ 位相回転により、CP奇性の$Δ B=2$ 項がCP偶性の項に変換され、バリオン数破れ理論におけるCP性質が定義されていないことが明らかになる。
• ローレンツ不変な有効理論における真の中性子-反中性子振動にはパリティの破れが必要である。パリティ保存の下では、通常の中性子から反中性子への遷移しか起こらない。
• P奇性とP偶性の$Δ B=2$ 項の組み合わせは、中性子をニュートリノに置き換えた際に、CP保存的右巻きニュートリノ質量項を生成する。
• CP対称性の破れを示す質量項（4）は、$Δ B=2$ 項を変更せずに消去できないが、CPの割り当てに曖昧さがあるため、物理的意味は疑わしい。
• CPT対称性は保存されているが、$Δ B=2$ 相互作用の存在下では、中性子と反中性子は明確な質量を持つ自由ディラック方程式を満たさない。