[論文レビュー] Nucleon Electric Dipole Moments from QCD Sum Rules

Chuan-Tsung Chan, Ernest M. Henley+1 more|ArXiv.org|May 12, 1999

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、摂動的仮定をせず、QCDの和則を用いて核子の電気双極モーメント（NEDM）を計算し、QCDの $\theta$-バー媒介定数に対するNEDMの関数的依存性を導出する。$|\bar{\theta}| < 10^{-9}$ が得られ、対称性制約と整合しており、QCDにおける動的CP対称性の破れを排除する。これは実験的nEDMの上限と一致する。

ABSTRACT

The electric dipole moments of nucleons (NEDM, d_N) are calculated using the method of QCD sum rules. Our calculations are based on the parity and time reversal violating parameter $ hetabar$ in QCD and establish a functional dependence of the NEDM on $ hetabar$, without assuming a perturbative expansion of this symmetry breaking parameter. The results obtained from the QCD sum rules approach are shown to be consistent with the general symmetry constraints on CP violations in QCD, including the necessity of: (1) finite quark masses, (2) spontaneous chiral symmetry breaking, and (3) the U_A(1) anomaly. Given the current experimental upper bound on the neutron electric dipole moment (nEDM), d_n &lt; 10^(-25) e-cm, we find | hetabar | &lt; 10^(-9). This result is compatible with previous calculations of nEDM using different techniques and excludes the possibility of solving the strong CP problem within QCD via a dynamical suppression mechanism.

研究の動機と目的

• 非摂動的QCD手法を用いて核子の電気双極モーメント（NEDM）を計算すること。
• 摂動展開を仮定せずに、NEDMとQCDの $\theta$-バー媒介定数との間の関数的関係を確立すること。
• 有限クォーク質量、自発的チャーミカル対称性の破れ、およびU_A(1)異常といった基本的対称性制約との整合性を検証すること。
• 中性子EDMの実験的上限を用いて $\bar{\theta}$ の値を制約すること。
• 強いCP問題を解消するための動的CP対称性の破れメカニズムの妥当性を評価すること。

提案手法

• $\theta$-違反相互作用を伴う状況下で、電磁カレント演算子の行列要素をQCD和則の手法を用いて計算する。
• QCD和則形式主義に、クォーク凝集体やグルーオン凝集体といった非摂動的QCD効果を組み込む。
• CP対称性の破れに関連する高次次元演算子を体系的に含めるために、演算子積展開（OPE）を用いる。
• チャーミカル対称性の破れおよびU_A(1)異常からの制約を課し、QCD力学と整合性を保つ。
• $\theta$-項を含む完全なQCDラグランジアンに依拠し、$\bar{\theta}$ の関数としてNEDMを導出する。
• 電磁カレントとスカラー演算子の相関関数に対する和則解析を実行し、行列要素を抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 核子の電気双極モーメントとQCDの $\theta$-バー媒介定数との間の非摂動的関係は何か？
• RQ2 有限クォーク質量、自発的チャーミカル対称性の破れ、およびU_A(1)異常といったQCDの基本的対称性がNEDMに与える影響は何か？
• RQ3 QCD和則の手法が、QCDにおけるCP対称性の破れに関する既知の対称性制約を再現できるか？
• RQ4 現在の中性子EDMの実験的上限から、$\bar{\theta}$ の上界は何か？
• RQ5 この結果は、強いCP問題を解消するための動的CP対称性の破れメカニズムの可能性を排除するか？

主な発見

• NEDMは $\theta$-バー媒介定数に非摂動的に依存しており、$\theta$-バーが小さいという仮定は一切不要である。
• 有限クォーク質量、自発的チャーミカル対称性の破れ、およびU_A(1)異常といったすべての必要な対称性制約を満たしている。
• 実験的上限 $d_n < 10^{-25}$ e-cm を前提に、$|\bar{\theta}| < 10^{-9}$ が導かれる。
• この制約は、他の非摂動的手法を用いた以前の計算と整合している。
• 強いCP問題をQCD内での動的対称性の破れメカニズムによって解消する可能性は排除される。
• 摂動的近似を一切用いずに、NEDMと $\bar{\theta}$ 間の関数的依存性が確立された。