[論文レビュー] P- and T-Violating Lagrangians in Chiral Effective Field Theory and Nuclear Electric Dipole Moments

J. Bsaisou, Ulf-G. Meißner+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2014

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 133被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、手術的有効場理論（ChEFT）の枠組み内で、有効な多クォーク演算子からパリティおよび時間反転対称性の破れを起こすハドロン的相互作用を系統的に導出し、軽い核における電気双極子モーメント（EDM）の計算を可能にする。ドデュートリオン、ヘリウム3、トリチウムにおけるEDMの数値的評価に必要な散乱およびファッデエフ方程式を提供し、未来のEDM実験を通じて標準模型を超える新しい物理を制約するための形式的基盤を提供する。

ABSTRACT

A scheme to derive hadronic interactions induced by effective multi-quark terms is presented within the framework of chiral effective field theory. It is employed to work out the list of parity- and time-reversal-symmetry-violating hadronic interactions that are relevant for the computation of nuclear contributions to the electric dipole moments of the hydrogen-2, helium-3 and hydrogen-3 nuclei. We also derive the scattering and Faddeev equations required to compute electromagnetic form factors in general and electric dipole moments in particular.

研究の動機と目的

• 手術的有効場理論（ChEFT）の枠組み内で、有効な多クォーク演算子からPおよびT対称性の破れを起こすハドロン的相互作用を系統的に導出すること。
• 特にドデュートリオン、ヘリウム3、トリチウムにおける軽い核の電気双極子モーメント（EDM）に寄与する核の寄与を計算すること。
• 電磁形式因子およびEDMの数値的計算に必要な2核（2N）および3核（3N）の散乱およびファッデエフ方程式を構築すること。
• より重い系にも適用可能な形式的枠組みを提供し、CKM行列を超えるCP対称性の破れの源を制約すること。
• QCDのθ項およびクォークレベルのCP対称性の破れを、有効場理論を通じて観測可能な核EDMに接続すること。

提案手法

• 有効な多クォーク項をハドロン的ラグランジアンに写像するスキームを用いて、PおよびT対称性の破れを起こす相互作用を構築する。
• 手術的摂動論のワインバーグ形式を適用し、手術的対称性の下で正しいO(4)変換性を持つ有効ラグランジアンを構築する。
• 軸性U(1)変換を用いて、QCDのθ項をクォーク質量行列の位相に関連付け、物理的である$ar{\theta}$パラメータを特定する。
• O(4)に従って変換する基本的な4ベクトルに$U_4$回転を適用することにより、パイオンおよび核のセクターにおける有効ラグランジアンを導出する。
• O(4)の不変表現のテンソル積を用いて、有効ラグランジアンの高次の項を構築し、正しい変換性を保持する。
• 3核系のファッデエフ方程式および2核系の散乱方程式を導出し、核の形式因子およびEDMを計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 手術的有効場理論（ChEFT）において、軽い核における核EDMに寄与するPおよびT対称性の破れを起こすハドロン的相互作用は何か？
• RQ2 QCDのθ項およびクォークレベルのCP対称性の破れは、パイオンおよび核のセクターにおいてどのように系統的にハドロン的相互作用に写像できるか？
• RQ3 2核および3核系における電磁形式因子およびEDMを計算するために必要な正しい散乱方程式およびファッデエフ方程式は何か？
• RQ4 ワインバーグ形式とガッサー＝ルートワイラー形式は、ChEFTにおけるPおよびT対称性の破れ項を構築する際にどのように比較できるか？
• RQ5 核EDMの高精度な計算を通じて、標準模型を超える新しい物理にどのような制約を課すことができるか？

主な発見

• 本稿は、ChEFTを用いて、ドデュートリオン、ヘリウム3、トリチウムにおける核EDMに寄与するPおよびT対称性の破れを起こすハドロン的相互作用の完全なリストを導出した。
• 軸性U(1)変換を用いて、QCDのθ項から有効ハドロン的相互作用への系統的写像を確立し、物理的$ar{\theta}$パラメータを特定した。
• ワインバーグ形式により、基本的な4ベクトルに$U_4$回転を適用することで、パイオンおよび核のセクターにおけるPおよびT対称性の破れ項を構築できることが示された。
• ワインバーグ形式における有効ラグランジアン構造が、ガッサー＝ルートワイラー形式からの既知の結果を再現することを示した。これには、$\langle RUL^\dagger \tau_3 + LU^\dagger R^\dagger \tau_3 \rangle$のような項が含まれる。
• 3核系のファッデエフ方程式および2核系の散乱方程式が導出され、EDMの数値的計算に不可欠な基盤が提供された。
• 本フレームワークは、基本的なCP対称性の破れ源から核EDMを計算するための形式的基盤を提供し、今後の標準模型を超える新しい物理の制約に貢献する。