Verständnis der CP-Verletzung anhand eines Spielzeugmodells aus zwei Fermionen und einem Skalarboson

Betrachten Sie eine Feldtheorie, die durch die folgende Lagrangefunktion gegeben ist

L ich N T = j ψ 1 ¯ ψ 2 ϕ + j ψ ¯ 2 ψ 1 ϕ
Wo ϕ ist ein komplexes Skalarfeld, und ψ 1 , ψ 2 sind zwei verschiedene Fermionenfelder. Wenn die bosonischen Quanten von ϕ werden vertreten durch B , B ¯ und das von ψ 1 Und ψ 2 sind bzw F 1 , F ¯ 1 Und F 2 , F ¯ 2 (ein Überstrich steht für Antiteilchen). Wenn die Kopplung komplex ist, dh j j , kann der Prozess B F 1 F ¯ 2 und sein CP-Konjugat B ¯ F ¯ 1 F 2 haben die gleiche Zerfallsrate?

Ich habe die Zerfallsraten auf Baumebene für beide Prozesse berechnet. Aber beide Ausdrücke enthalten | j | 2 , und wenn wir davon ausgehen, dass die Masse des Teilchens und des Antiteilchens gleich sind, dann sind die Zerfallsraten gleich, dh Γ ( B F 1 F ¯ 2 ) = Γ ( B ¯ F ¯ 1 F 2 ) . Dies impliziert, dass keine CP-Verletzung vorliegt.

Meine Fragen sind: (i) Können Sie a priori sagen, ob diese Theorie CP-verletzend oder CP-erhaltend sein wird?

(ii) Besteht die Möglichkeit einer CP-Verletzung, wenn Beiträge höherer Ordnung zum Feynman-Diagramm berücksichtigt werden?

(iii) Bedeutet die Existenz einer komplexen Kopplung j garantieren, dass die Theorie CP-verletzend ist?

(iv) Wenn diese Theorie CP-erhaltend ist, kann jemand eine Idee zur minimalen Modifikation dieser Theorie liefern, um eine CP-Verletzung in Zerfälle (oder Streuungen) ausgehend von einer Lagrange-Funktion einzubeziehen.

Antworten (1)

Die Phase einer einzelnen Konstante j ist unphysikalisch und kann durch die Neudefinition vollständig eliminiert werden

j T exp ( ich a ) , ϕ ϕ exp ( ich a )
was den Lagrange nicht ändert und für eine gegebene a , j wird wirklich positiv sein. Man könnte die Phase auch loswerden, indem man die Fermionen umwandelt.

In dieser einfachen Theorie kann es also keine CP-Verletzung geben; es gibt keine CP-Verletzung bei irgendeiner Bestellung. Tatsächlich benötigt man mindestens drei Generationen von Quarks (oder Leptonen), um auf diese Weise die CP-Verletzung zu erzeugen. Dann kann die Massenmatrix (bzw. Yukawa-Kopplungsmatrix) zwar noch durch mehrere Phasentransformationen dieser Art transformiert werden, aber sie reichen nicht mehr aus, um ein Generikum abzubilden U ( 3 ) Matrix zum Realen Ö ( 3 ) Form, und daher verbleibt in der CKM-Matrix eine physische CP-verletzende Phase .

Lieber @Lubos, ich denke, in deiner ersten Gleichung ist ein sehr kleiner Tippfehler. Du meintest j T e ich a anstatt j j e ich a . Ich finde.