[논문 리뷰] 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)|2017. 08. 31.

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers참고 문헌 13인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 곡면 결정에서 파리티-짝근 (P-odd) 배경 효과로부터 시간역전-홀드 (T-odd) 스핀 회전 신호를 분리하는 방법을 제안하며, LHC에서 생명주기가 짧은 이국 및 셰이프 어머니 바리온의 전기 dipole moment (EDM) 측정을 가능하게 한다. 각도 φ와 φ+π에서의 스핀 회전 측정치를 빼는 것으로 P-odd 기여를 상쇄시켜 T-odd 효과만을 고립시키며, 하이퍼온과 τ-레프톤의 정밀한 EDM 및 이국적 자기모멘트 측정이 가능해진다.

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.

연구 동기 및 목표

• 결정 기반 EDM 측정에서 P-odd 배경 기여로부터 T-odd 스핀 회전 효과를 분리하는 것.
• LHC와 같은 고에너지 충돌기에서 생명주기가 짧은 바리온, 특히 셰이프 바리온과 하이퍼온의 전기 dipole moment (EDM) 측정을 가능하게 하는 것.
• 산산각도 의존성에 기반해 채널링 입자에서 T-odd 스핀 회전, P-odd 및 스핀-오르빗 효과를 구분하는 것.
• 곡면 결정 내 스핀 회전을 통해 생명주기가 짧은 바리온의 이국적 자기모멘트를 측정하는 방법을 제공하는 것.
• 약한 상호작용과 T-위반 상호작용이 고에너지 바리온의 결정 내 스핀 역학에 미치는 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• 전기 dipole moment (EDM) 상호작용을 포함하도록 확장된 토머스-바르그만-마이클-테일러디 (T-BMT) 방정식을 사용하여, 자석 및 EDM 유도 스핀 프리세션을 모두 포함한다.
• φ와 φ+π에서의 스핀 회전 측정치를 차감하여 P-odd 기여를 상쇄하고 T-odd 스핀 회전을 고립시킨다.
• 스핀 밀도 행렬과 산산각도 계수를 사용하여 곡면 결정 내 스핀 진화를 모델링하고, 스핀-오르빗, 약한 (P-위반), T-odd 상호작용의 기여를 분리한다.
• 양자역학적 산산각도 계수를 사용하여 산산각도의 스핀-오르빗 (SO), 약한 (P-위반), T-odd 상호작용 기여의 합으로 산산각도의 극화 벡터를 유도한다.
• 차별적 단면적과 극화 이행을 활용하여 산산각도 입자의 각도 분포에서 T-odd 이질성을 추출한다.
• 결정 축을 산산각도의 타겟으로 사용하며, 이온화 손실 또는 핵반응의 감지로 스핀 상태 변화를 유추한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고에너지 바리온 산산각도 중 곡면 결정에서 P-odd 배경 효과로부터 T-odd 스핀 회전을 분리할 수 있는가?
• RQ2 φ와 φ+π에서의 스핀 회전 측정치의 각도 의존성을 어떻게 활용하여 P-odd 기여를 상쇄하고 T-odd 신호를 추출할 수 있는가?
• RQ3 약한 상호작용과 T-위반 산산각도 계수는 결정 내 채널링 바리온의 스핀 회전에 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 이 방법을 LHC에서 생명주기가 짧은 바리온, 예를 들어 Λ⁺c와 하이퍼온의 EDM 측정에 적용할 수 있는가?
• RQ5 스핀-오르빗, P-odd, T-odd 기여가 극화에 미치는 영향은 각각 어떤 각도 의존성과 벡터 방향을 가지는가?

주요 결과

• P-odd 스핀 회전은 EDM 유도 스핀 회전과 유사할 수 있으므로, 이 배경을 상쇄할 수 있는 방법이 필요하다.
• φ와 φ+π에서의 측정치를 빼는 것으로 P-odd 기여가 효과적으로 상쇄되며, T-odd 스핀 회전 신호만 고립된다.
• T-odd 스핀 회전은 비틀어지지 않은 결정 축에 의한 음성 전하의 뷰티 바리온 및 중성 바리온의 산산각도에서 측정할 수 있다.
• 이 방법을 통해 생명주기가 짧은 바리온의 전기 dipole moment (EDM) 및 이국적 자기모멘트 (MDM) 측정이 가능해진다.
• 산산각도 입자의 극화 벡터는 스핀-오르빗, P-위반, T-odd 세 방향에 대해 성분을 가지며, 각각 다른 각도 의존성을 갖는다.
• 비극화된 입사 beam은 각각 전자기적, 약한, T-위반 상호작용 정보를 담고 있는 방향 N, Nw, NT로 극화된다.