[论文解读] Neutron-antineutron oscillation and parity and CP symmetries

Kazuo Fujikawa, Anca Tureanu|arXiv (Cornell University)|Oct 3, 2015

Noncommutative and Quantum Gravity Theories参考文献 12被引用 9

一句话总结

本文表明，在CPT和洛伦兹对称的有效的场论中，中子-反中子振荡并不必然意味着CP破坏，因为由于重子数定义中的相位模糊性，ΔB=2相互作用的CP性质是未定义的。关键结果是，此类振荡中的CP破坏是虚假的，对重子生成无用，且振荡需要宇称破坏，而不仅仅是重子数破坏。

ABSTRACT

It is shown that the neutron-antineutron oscillation per se does not necessarily imply CP violation in an effective local Lorentz invariant description of the neutron which preserves CPT, contrary to a recent analysis in the literature. A CP- and baryon number-violating term can be transformed into a CP conserving one, thus rendering the CP violation spurious and unusable in the analysis of baryogenesis, for example. It is also shown that the neutron-antineutron oscillation in a $ΔB=2$, Lorentz and CPT invariant interaction can occur only when parity is violated, irrespective of the CP properties; when parity is conserved, it is the ordinary quantum transition from neutron to antineutron which takes place. Those statements are proven by explicitly analyzing all the possible combinations with P, C and CP violation or their conservation. Moreover, a suitable combination of P=odd and P=even $ΔB=2$ interactions in the present model is shown to give rise to the CP preserving mass term for the right-handed neutrino if one replaces the neutron by the neutrino, reinforcing the conclusion.

研究动机与目标

• 澄清在CPT和洛伦兹不变的有效场论中，中子-反中子振荡是否意味着CP破坏。
• 研究宇称P、C、CP和T对称性在涉及中子的ΔB=2相互作用中的作用。
• 评估中子振荡中CP破坏的物理相关性对重子生成和中微子质量模型的影响。
• 表明ΔB=2项的CP奇性在相位重定义下不保持不变，因此对重子生成无物理意义。

提出的方法

• 使用洛伦兹不变、局域、厄米的场论分析包含ΔB=2重子数破坏项和宇称破坏质量项的中子拉格朗日量。
• 对中子场应用π/4相位旋转，以转换重子数破坏项，表明C和CP性质变得模糊。
• 显式计算各种ΔB=2相互作用项在离散对称性（P、C、T、CP、CPT）下的变换性质。
• 比较P奇和P偶的ΔB=2项及其组合效应，表明只有P奇项允许真正的振荡。
• 通过将中子场替换为右手中微子，将分析扩展到右手中微子，表明所得质量项是CP守恒的。
• 使用Bjorken-Drell约定定义狄拉克矩阵，并采用费米子的标准C、P、T和CPT变换定义。

实验结果

研究问题

• RQ1 在CPT和洛伦兹不变的有效场论中，中子-反中子振荡是否必然意味着CP破坏？
• RQ2 如果ΔB=2相互作用的CP奇性依赖于场重新定义，它是否具有物理意义？
• RQ3 宇称破坏在实现真正中子-反中子振荡中的作用是什么？
• RQ4 ΔB=2项的CP性质能否在重子生成情景中有意义地使用？
• RQ5 从相同结构导出的CP守恒右手中微子质量项的物理意义是什么？

主要发现

• ΔB=2相互作用的CP奇性在π/4相位旋转下不保持不变，导致CP破坏是虚假的，对重子生成无物理意义。
• π/4相位旋转可将CP奇的ΔB=2项转换为CP偶项，表明在重子数破坏理论中CP性质是未定义的。
• 在洛伦兹不变的有效理论中，真正的中子-反中子振荡需要宇称破坏；若宇称守恒，则仅发生普通的中子到反中子的跃迁。
• P奇和P偶ΔB=2项的组合在将中子替换为中微子时，导致一个CP守恒的右手中微子质量项。
• CP破坏质量项（4）无法在不修改ΔB=2项的情况下被移除，但其物理相关性因CP赋值的模糊性而存疑。
• CPT对称性得以保持，但在存在ΔB=2相互作用时，中子和反中子不满足具有明确定义质量的自由狄拉克方程。