[論文レビュー] Weak Radiative Decays of Hyperons: Quark Model and Nonlocality

P. Żenczykowski|ArXiv.org|May 21, 2001

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、弱い放射超子崩壊におけるHaraの定理の破れが、ベクトルメソン還元（VMD）モデルにおけるゲージ不変性の欠如に起因するのではなく、クォーク模型状態における固有の非局所性に起因することを示している。静的クォーク極限における明示的なゲージ不変性を保つ直接的光子-クォーク結合を用いることで、同じパリティ破れ振幅および非対称性（特に大きな正の$Σ^{+}\to p\gamma$および$\Xi^{0}\to\Lambda\gamma$非対称性）が再現されることを示しており、非局所性が原因であり、ゲージ対称性の破綻ではないことが証明された。

ABSTRACT

It is proved that symmetry structure of the parity-viol. (p.v.) amplitudes of weak radiative hyperon decays in the VMD approach, and the violation of Hara's theorem in particular, are also obtained when direct coupling e_q \bar{q}γ_μq A^μ of photon to quarks is used in place of VMD. Thus, violation of Hara's theorem in VMD-based models does not result from the lack of gauge invariance. It is further shown that, in the static limit of the quark model, the CA commutator term in the p.v. amplitudes of nonleptonic hyperon decays (NLHD) and the parity-violating Σ^+ o p γdecay amplitude are proportional to each other. As a result, Hara's theorem may be satisfied in this limit if and only if the contribution from the CA commutator in NLHD is zero. Violation of Hara's theorem is traced back to the nonlocality of quark model states in the static limit. It is argued that the ensuing intrinsic baryon nonlocality does not have to be unphysical. It is stressed that the Ξ^0 o Λγasymmetry will provide very important information concerning the presence or absence of nonlocal features in p.v. photon coupling to baryons at vanishing photon momentum. If the Ξ^0 o Λγasymmetry is found negative, Hara's theorem is satisfied but the gauge-invariant quark model machinery predicting its violation must miss some contribution, or be modified. If experiment confirms positive Ξ^0 o Λγasymmetry, then, most likely, Hara's theorem is violated. Although positive Ξ^0 o Λγasymmetry admits of the possibility that Hara's theorem is satisfied, this alternative is in disagreement with hints suggested by the similarity of photon and vector-meson couplings and the observed size of p.v. nuclear forces.

研究の動機と目的

• 弱い放射超子崩壊（WRHDs）におけるHaraの定理の破れが、VMDに基づくモデルにおけるゲージ不変性の欠如に起因するかどうかの論争を解消すること。
• VMDに基づくモデルが得る結果が、静的クォーク極限における明示的なゲージ不変性を保つ直接的光子-クォーク結合を用いて再現可能かどうかを調査すること。
• 非レプトン的超子崩壊における現在代数の交換子項と結びつけることで、WRHDにおけるパリティ破れ振幅の起源を特定すること。
• $\Xi^0\to\Lambda\gamma$崩壊の非対称性がクォーク模型の妥当性および内在的バリオン非局所性の存在に与える影響を評価すること。
• 観測されたHaraの定理の破れが物理的特徴であるのか、それともクォーク閉じ込めや低エネルギーハドロン構造の文脈におけるモデル仮定の結果に起因するアーティファクトであるのかを明確にすること。

提案手法

• 静的クォーク極限における直接的光子-クォーク結合$e_q \bar{q}\gamma_\mu q A^\mu$を用いてVMD機構を置き換えること。
• ゲージ不変性を明示的に保つ形式でクォーク模型におけるパリティ破れ振幅を明示的に計算し、ベクトルメソン中間状態に依存しないこと。
• 得られた振幅をVMDに基づくモデルの結果と比較し、対称性構造およびHaraの定理の破れにおいて同等であることを示すこと。
• 非レプトン的超子崩壊における現在代数の交換子項が、WRHDにおけるパリティ破れ振幅の源であることを特定すること。
• 現在代数の交換子行列要素が$ m_s \to m_d $極限で消えることがHaraの定理が成立するための必要条件であることを示すこと。
• $\Xi^0\to\Lambda\gamma$崩壊非対称性を重要なテストとして分析：正の非対称性は非局所性およびHaraの定理の破れを示唆し、負の非対称性はクォーク模型に矛盾する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 VMDに基づく弱い放射超子崩壊モデルにおけるHaraの定理の破れは、ゲージ不変性の欠如に起因するのか、それともクォーク模型における非局所性に起因するのか？
• RQ2 VMDに基づくモデルで観測された同じパリティ破れ振幅および非対称性は、静的クォーク極限における明示的なゲージ不変性を保つ直接的光子-クォーク結合を用いて再現可能か？
• RQ3 非レプトン的超子崩壊における現在代数の交換子項は、$\Sigma^+ \to p\gamma$崩壊におけるパリティ破れ振幅の源か？
• RQ4 クォーク模型におけるバリオンの内在的非局所性は、弱い放射超子崩壊における観測された非対称性を生成する役割を果たすか？
• RQ5 実験的に測定された$\Xi^0\to\Lambda\gamma$崩壊非対称性は、クォーク模型の妥当性および低エネルギーバリオン-光子結合における非局所的特徴の存在をどのように制約するか？

主な発見

• VMDに基づくモデルにおけるHaraの定理の破れは、かつて主張されたようにゲージ不変性の欠如に起因するのではなく、静的クォーク極限における明示的なゲージ不変性を保つ直接的光子-クォーク結合スキームでも再現される。
• 非レプトン的超子崩壊における現在代数の交換子項は、$\Sigma^+ \to p\gamma$崩壊におけるパリティ破れ振幅に比例しており、非レプトン的崩壊と放射崩壊との間に根本的な関連を確立している。
• Haraの定理が静的クォーク模型で成立するためには、非レプトン的崩壊における現在代数の交換子寄与が消える必要があるが、標準的なクォーク模型計算ではそれが成立しない。
• $\Xi^0\to\Lambda\gamma$崩壊の非対称性はクォーク模型で大きく正であると予測され、モデルの妥当性を検証するための重要な実験的テストとなる。
• 負の$\Xi^0\to\Lambda\gamma$非対称性が観測された場合、クォーク模型の予測に矛盾し、現在代数の交換子寄与が欠落しているか、誤ってモデル化されている可能性を示唆する。
• パリティ破れ核力の大きさと光子とベクトルメソンの結合の類似性から、非局所性は物理的に妥当であり、Haraの定理の破れが非物理的であるとは限らない。