[论文解读] 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 7

一句话总结

该论文在手征有效场论框架内构建了一个系统性方法，从有效多夸克算符推导出宇称破坏和时间反演破坏的强子相互作用，从而实现轻核电偶极矩（EDM）的计算。论文提供了用于数值计算氘核、氦-3和氚核EDM的散射（2N）和Faddeev（3N）方程，为未来EDM实验约束标准模型之外的新物理提供了形式基础。

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.

研究动机与目标

• 在手征有效场论（ChEFT）框架内，系统地从有效多夸克算符推导P-和T-破坏的强子相互作用。
• 计算轻核（特别是氘核、氦-3和氚核）的电偶极矩（EDM）的核贡献。
• 构建数值计算电磁形式因子和EDM所需的两核（2N）散射方程和三核（3N）Faddeev方程。
• 为更重的体系提供一个形式框架，并约束CKM矩阵之外的CP破坏源。
• 通过有效场论将QCD θ项和夸克层次的CP破坏相互作用与可观测的核EDM联系起来。

提出的方法

• 通过一种将有效多夸克项映射到ChEFT中强子拉格朗日量的方案，构建P-和T-破坏相互作用。
• 应用Weinberg形式的手征微扰论，构建具有正确O(4)变换性质的有效的拉格朗日量。
• 利用轴向U(1)变换将QCD θ项与夸克质量矩阵相位联系起来，识别出物理的$ar{\theta}$参数。
• 通过将变换于O(4)下的基本四维向量进行$U_4$旋转，推导出π介子和核子区间的有效拉格朗日量。
• 通过O(4)的不可约表示的张量积构造有效拉格朗日量中的高阶项，保持正确的变换性质。
• 推导三核系统Faddeev方程和两核系统散射方程，以计算核形式因子和EDM。

实验结果

研究问题

• RQ1 在手征有效场论中，哪些P-和T-破坏的强子相互作用对轻核的EDM是相关的？
• RQ2 如何系统地将QCD θ项和夸克层次的CP破坏映射到π介子和核子区间的有效强子相互作用？
• RQ3 计算两核和三核系统中电磁形式因子和EDM所需的正确散射方程和Faddeev方程是什么？
• RQ4 Weinberg形式与Gasser-Leutwyler形式在构建ChEFT中P-和T-破坏项时有何比较？
• RQ5 通过精确计算核EDM，可以对标准模型之外的新物理施加哪些约束？

主要发现

• 该论文使用ChEFT系统推导出与氘核、氦-3和氚核核EDM相关的全部P-和T-破坏强子相互作用。
• 建立了从QCD θ项到有效强子相互作用的系统性映射，通过轴向U(1)变换，识别出物理的$ar{\theta}$参数。
• Weinberg形式允许通过将具有正确O(4)变换性质的基本四维向量进行$U_4$旋转，在π介子和核子区间的构建P-和T-破坏项。
• 证明Weinberg形式中的有效拉格朗日量结构能够重现Gasser-Leutwyler形式中的已知结果，包括如$\langle RUL^\dagger \tau_3 + LU^\dagger R^\dagger \tau_3 \rangle$等项。
• 论文推导出三核系统Faddeev方程和两核系统散射方程，这些是数值计算EDM所必需的。
• 该框架为从基本CP破坏源计算核EDM提供了形式基础，使未来能够对标准模型之外的新物理施加约束。