[论文解读] Pion Exchange Currents in Neutrinoless Double Beta Decay and Limits on Supersymmetry

Amand Faessler, Sergey Kovalenko+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 1997

Neutrino Physics Research被引用 3

一句话总结

本文研究了在R-宇称破坏超对称（SUSY）模型中，中微子零质量双贝塔衰变（0νββ）过程中的π介子交换电流，采用包含质子-中子配对的重整化准粒子随机相位近似（quasiparticle RPA）计算核矩阵元。研究发现，π介子交换模式在贡献上显著超过传统的两核子模式，显著增强了对SUSY贡献的敏感性，并得出比以往预期更强的R-宇称破坏耦合$ olambda'_{111}$的上限。

ABSTRACT

We examine the pion exchange mode of neutrinoless double beta decay induced by the R-parity violating quark-lepton operators of the supersymmetric (SUSY) extensions of the standard model of the electroweak interactions. The corresponding nuclear matrix elements are evaluated within the renormalized quasiparticle random phase approximation with proton-neutron pairing, which includes the Pauli effect of fermion pairs and does not collapse for a physical value of the nuclear force strength. It is argued that the pion-exchange mode of neutrinoless double beta decay dominates over the conventional two-nucleon mode in the case of the SUSY mechanism. As a result sensitivity of neutrinoless double beta decay to the SUSY contribution turns out to be significantly better that previously expected from the two-nucleon mode calculations. An upper limit on the R-parity violating coupling $λ'_{111}$ is derived from non-observation of neutrinoless double beta decay. This limit is much stronger than that expected from the near future accelerator experiments.

研究动机与目标

• 评估在R-宇称破坏SUSY模型中，π介子交换电流在无中微子双贝塔衰变中的作用。
• 利用包含质子-中子配对的重整化准粒子随机相位近似（QRPA）评估π介子交换机制的核矩阵元。
• 比较π介子交换模式与传统两核子模式在0νββ衰变振幅贡献上的差异。
• 基于0νββ衰变未被观测到的事实，推导出R-宇称破坏耦合$ olambda'_{111}$的更严格上限。

提出的方法

• 本研究采用包含质子-中子配对的重整化准粒子随机相位近似（QRPA）计算核矩阵元。
• 考虑了费米子对的泡利阻塞效应，确保方法在物理核力强度下保持稳定。
• π介子交换电流算符由标准模型的SUSY扩展中R-宇称破坏的夸克-轻子相互作用导出。
• 对与0νββ衰变实验相关的候选同素进行矩阵元计算。
• 将结果与传统两核子机制的结果进行比较，以评估主导性。
• 利用0νββ衰变未被观测到的事实，为$ olambda'_{111}$设定一个模型无关的上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在R-宇称破坏SUSY诱导的无中微子双贝塔衰变中，π介子交换电流机制是否主导于两核子机制？
• RQ2 泡利阻塞和质子-中子配对如何影响π介子交换通道中的核矩阵元？
• RQ3 在SUSY模型中，π介子交换电流对总0νββ衰变振幅的相对贡献是多少？
• RQ4 与两核子模式相比，π介子交换模式对R-宇称破坏耦合的敏感性如何？
• RQ5 与加速器实验相比，能否通过π介子交换机制利用0νββ衰变未被观测到的事实，为$ olambda'_{111}$设定更强的限制？

主要发现

• 在R-宇称破坏SUSY诱导的无中微子双贝塔衰变中，π介子交换模式显著主导于传统的两核子模式。
• 包含质子-中子配对的重整化准粒子RPA方法得到的矩阵元在物理核力强度下保持稳定，不会崩溃。
• π介子交换机制显著增强了0νββ衰变实验对R-宇称破坏SUSY耦合的敏感性。
• 基于0νββ衰变未被观测到的事实，推导出的$ olambda'_{111}$上限显著强于未来近距加速器实验的预期。
• 本研究表明，与以往假设相比，π介子交换电流为探测R-宇称破坏SUSY提供了更优的途径。