[論文レビュー] On the search for the electric dipole moment of strange and charm baryons at LHC and parity violating (P) and time reversal (T) invariance violating spin rotation and dichroism in crystal

V.G. Baryshevsky|arXiv (Cornell University)|Aug 31, 2017

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers参考文献 13被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、曲がった結晶におけるパリティ奇性（P-奇性）の背景効果から時間反転奇性（T-奇性）のスピン回転信号を分離する手法を提案し、LHCにおける短寿命の奇妙および charm バリオンの電気双極子モーメント（EDM）の測定を可能にする。角度 φ および φ+π でのスピン回転測定を差し引くことで、P-奇性寄与をキャンセルし、T-奇性効果を分離する。これにより、ハイパーロンおよび τ レプトンの精密な EDM および異常磁気モーメントの測定が可能になる。

ABSTRACT

In a bent crystal the $P$-odd effect of short-lived baryon spin rotation could imitate spin rotation caused by assumed EDM. Use of different behavior of $P$-odd and $T$-odd spin rotations at crystal turning around the direction of particle momentum makes it possible to exclude $P$-odd rotation contribution, when measuring short-lived baryons EDM. Subtraction of the measurement results for angle ranges $φ$ and $φ+ π$ from each other enables measuring $T$-odd rotation at scattering of negatively charged beauty and neutral baryons by axes of unbent crystal.

研究の動機と目的

• 結晶を用いた EDM 測定における T-奇性スピン回転効果を P-奇性バックグラウンド寄与から分離すること。
• LHC のような高エネルギー衝突型加速器で、charm バリオンやハイパーロンを含む短寿命バリオンの電気双極子モーメント（EDM）を測定することを可能にすること。
• 散乱の角度依存性を用いて、チャネル化された粒子における T-奇性スピン回転、P-奇性およびスピン-軌道効果を区別すること。
• 曲がった結晶におけるスピン回転を用いて、短寿命バリオンの異常磁気モーメントを測定する手法を提供すること。
• 弱い相互作用および T-違反相互作用が、結晶内での高エネルギーバリオンのスピンダイナミクスに果たす役割を評価すること。

提案手法

• 電気双極子モーメント（EDM）相互作用を含むように拡張された、トーマス＝バーグマン＝マイケル＝テレギー（T-BMT）方程式を用い、磁気モーメントおよび EDM によるスピン進化を併記する。
• 角度 φ および φ+π でのスピン回転測定を差し引き、P-奇性寄与をキャンセルし、T-奇性スピン回転を分離する。
• スピン密度行列および散乱振幅を用いて、曲がった結晶内でのスピン進化をモデル化し、スピン-軌道、弱い（P-違反）、および T-奇性相互作用からの寄与を分離する。
• 量子力学的散乱振幅を用いて、散乱粒子の偏光ベクトルを、スピン-軌道（SO）、弱い（P-違反）、および T-奇性相互作用からの寄与の和として導出する。
• 微分断面積および偏光転送を用いて、散乱粒子の角度分布から T-奇性非対称性を抽出する。
• 結晶の結晶軸を散乱標的に用い、イオン化損失または核反応の検出によりスピン状態の変化を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高エネルギーバリオン散乱における曲がった結晶内での T-奇性スピン回転は、P-奇性バックグラウンド効果から分離可能か？
• RQ2 角度 φ および φ+π でのスピン回転測定の角度依存性をどのように用いて P-奇性寄与をキャンセルし、T-奇性信号を抽出できるか？
• RQ3 弱い相互作用および T-違反振幅は、結晶内でのチャネル化バリオンのスピン回転にどのような役割を果たすか？
• RQ4 この手法は、LHC における短寿命バリオン、例えば Λ⁺c やハイパーロンの EDM 測定に適用可能か？
• RQ5 スピン-軌道、P-奇性、T-奇性寄与の偏光における角度依存性およびベクトルの向きは、どのように異なるか？

主な発見

• P-奇性スピン回転は、EDM によるスピン回転と類似するため、このバックグラウンドをキャンセルする手法の必要性が生じる。
• φ および φ+π での測定を差し引くことで、P-奇性寄与が効果的にキャンセルされ、T-奇性スピン回転信号が分離される。
• T-奇性スピン回転は、非曲がった結晶軸による負電荷を帯びたベータバリオンおよび中性バリオンの散乱において測定可能である。
• この手法により、短寿命バリオンの電気双極子モーメント（EDM）および異常磁気モーメント（MDM）の両方の測定が可能になる。
• 散乱粒子の偏光ベクトルは、スピン-軌道、P-違反、T-奇性の3方向に沿った成分を獲得し、それぞれ異なる角度依存性を示す。
• 偏光でないビームは、それぞれ電磁相互作用、弱い相互作用、T-違反相互作用に関する情報を保持するベクトル N、Nw、NT 沿いに偏光化する。