[论文解读] Nucleon Electric Dipole Moments from QCD Sum Rules

Chuan-Tsung Chan, Ernest M. Henley+1 more|ArXiv.org|May 12, 1999

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文使用QCD求和规则计算核子电偶极矩（NEDM），在不作微扰假设的前提下，推导出NEDM对QCD $θ$-bar参数的功能依赖关系。结果得到 $|\bar{\theta}| < 10^{-9}$，与对称性约束一致，并排除了QCD中动力学CP破坏的可能性，与实验测得的中子NEDM上限相符。

ABSTRACT

The electric dipole moments of nucleons (NEDM, d_N) are calculated using the method of QCD sum rules. Our calculations are based on the parity and time reversal violating parameter $ hetabar$ in QCD and establish a functional dependence of the NEDM on $ hetabar$, without assuming a perturbative expansion of this symmetry breaking parameter. The results obtained from the QCD sum rules approach are shown to be consistent with the general symmetry constraints on CP violations in QCD, including the necessity of: (1) finite quark masses, (2) spontaneous chiral symmetry breaking, and (3) the U_A(1) anomaly. Given the current experimental upper bound on the neutron electric dipole moment (nEDM), d_n &lt; 10^(-25) e-cm, we find | hetabar | &lt; 10^(-9). This result is compatible with previous calculations of nEDM using different techniques and excludes the possibility of solving the strong CP problem within QCD via a dynamical suppression mechanism.

研究动机与目标

• 使用非微扰QCD方法计算核子电偶极矩（NEDM）。
• 在不假设微扰展开的前提下，建立NEDM与QCD $\theta$-bar参数之间的函数关系。
• 验证其与基本对称性约束的一致性：有限夸克质量、规范性手征对称性自发性自发性破缺，以及U_A(1)异常。
• 利用中子电偶极矩的实验上限约束 $\bar{\theta}$ 的取值。
• 评估动力学CP破坏机制在解决强CP问题中的可行性。

提出的方法

• 采用QCD求和规则方法，在存在$θ$-破坏相互作用的条件下计算电磁流算符的矩阵元。
• 在求和规则形式中纳入非微扰QCD效应，如夸克凝聚和胶子凝聚。
• 利用算符乘积展开（OPE）系统地包含与CP破坏相关的高维算符。
• 通过手征对称性破缺和U_A(1)异常施加约束，以确保与QCD动力学的一致性。
• 基于包含$θ$-项的完整QCD拉格朗日量，推导出以$\bar{\theta}$表示的NEDM。
• 对电磁流与标量流的相关函数进行求和规则分析，以提取矩阵元。

实验结果

研究问题

• RQ1 核子电偶极矩与QCD $\theta$-bar参数之间存在何种非微扰关系？
• RQ2 QCD的基本对称性——有限夸克质量、规范性手征对称性自发性破缺以及U_A(1)异常——如何影响NEDM？
• RQ3 QCD求和规则方法能否再现QCD中CP破坏的已知对称性约束？
• RQ4 根据当前中子电偶极矩实验上限，$\bar{\theta}$ 的上限是多少？
• RQ5 该结果是否排除了通过QCD内部动力学抑制机制解决强CP问题的可能性？

主要发现

• NEDM被发现以非微扰方式依赖于$\theta$-bar参数，且未假设$\theta$-bar值较小。
• 该计算满足所有必需的对称性约束：有限夸克质量、规范性手征对称性自发性破缺以及U_A(1)异常。
• 鉴于实验上限 $d_n < 10^{-25}$ e-cm，本文推导出 $|\bar{\theta}| < 10^{-9}$。
• 该结果与使用不同非微扰方法的先前计算一致。
• 该结果排除了在QCD内部通过动力学抑制机制解决强CP问题的可能性。
• 在无微扰近似下建立了NEDM对$\bar{\theta}$的函数依赖关系。