[論文レビュー] Quantum damping of neutron-antineutron oscillations

B. O. Kerbikov|arXiv (Cornell University)|Apr 24, 2017

Atomic and Subatomic Physics Research被引用数 3

ひとこと要約

この論文は密度行列形式およびブロッホ方程式を用いて中性子-反中性子振動をモデル化し、捕獲された中性子、原子核系、準自由な運動における環境によるデコherenceが振動的挙動を抑制することを示している。これにより、自由中性子実験における振動の観測は極めて困難であることが明らかになった。

ABSTRACT

We propose a new approach based on the density matrix formalism and Bloch equation to the problem of neutron-antineutron oscillations. We consider three strategies that are designed to search for oscillations: experiments with trapped neutrons, oscillations in nuclei, and quasi-free propagation. Decoherence induced by the interaction with the environment makes the time evolution non-oscillating in all three cases. It is shown that there is little hope to observe oscillating behavior in experiments with free neutrons.

研究の動機と目的

• 現実的な実験条件下における中性子-反中性子振動の観測可能性を調査すること。
• 環境との相互作用が中性子-反中性子振動のコherenに及ぼす影響を分析すること。
• 捕獲中性子、原子核内での振動、準自由な運動の3つの実験戦略を評価すること。
• デコherence効果が存在する中でも、振動的挙動が維持可能かどうかを特定すること。

提案手法

• 中性子および反中性子の量子状態を記述するために密度行列形式を用いる。
• 環境との相互作用下での密度行列の時間発展をモデル化するためにブロッホ方程式を適用する。
• デコherence効果を、量子コherenceを抑制する環境との相互作用としてモデル化する。
• 捕獲中性子、原子核内の束縛状態、準自由な運動の3つの実験設定を検討する。
• 時間発展における密度行列の挙動を分析して振動的挙動を検出する。
• 中性子の生存確率を評価することで、振動の減衰を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 環境によるデコherenceが存在する中で、捕獲中性子の実験において中性子-反中性子振動を観測できるか？
• RQ2 原子核内での相互作用が、中性子-反中性子遷移のコヒーレンスおよび振動的性質にどのように影響するか？
• RQ3 環境との結合が存在する中で、準自由な運動がどの程度振動的挙動を維持できるか？
• RQ4 異なる実験設定において、デコherenceが振動をどのように抑制するか？

主な発見

• 環境との相互作用によって誘発されるデコherenceは、3つの実験戦略すべてにおいて非振動的時間発展を引き起こす。
• デコherence効果のため、中性子の生存確率は振動的挙動を示さない。
• 自由中性子実験では強いデコherenceのため、振動的挙動の観測にほとんど望みがない。
• 原子核環境では、量子コherenceを破壊する相互作用のため、振動は減衰する。
• 密度行列およびブロッホ方程式の枠組みは、振動の抑制をうまく捉えている。
• 結果から、自由または弱く束縛された中性子を用いた現在の実験的手法では、振動の検出が極めて困難であると示唆される。