Elektronový elektrický dipólový moment - Electron electric dipole moment - Wikipedia

The elektron elektrický dipólový moment (EDM) d_E je vnitřní vlastností elektron tak, že potenciální energie lineárně souvisí s intenzitou elektrického pole:

${ displaystyle U = mathbf {d} _ { rm {e}} cdot mathbf {E}.}$

EDM elektronu musí být kolineární se směrem elektronů magnetický moment (spin).^[1] V rámci Standardní model fyziky elementárních částic, např dipól se předpokládá, že bude nenulový, ale nanejvýš velmi malý 10⁻³⁸ E⋅cm,^[2] kde E znamená základní náboj. Objev podstatně většího elektronového elektrického dipólového momentu by znamenal porušení obou paritní invariance a invariance časového obratu.^[3][4]

Důsledky pro standardní model a rozsahy

Ve standardním modelu elektronový EDM vychází z Porušování CP součásti CKM matice. Okamžik je velmi malý, protože narušení CP zahrnuje kvarky, nikoli přímo elektrony, takže může vzniknout pouze kvantovými procesy, kde virtuální kvarky jsou vytvářeny, interagují s elektronem a poté jsou zničeny.^[2][A]

Pokud jsou neutrina Majoranské částice, větší EDM (kolem 10⁻³³ E⋅cm) je možné u standardního modelu^[2]

V posledních dvou desetiletích bylo navrženo mnoho rozšíření standardního modelu. Tato rozšíření obecně předpovídají větší hodnoty elektronového EDM. Například různé technicolor modely předpovědět d_E to se pohybuje od 10⁻²⁷ do 10⁻²⁹ E⋅cm.^{[Citace je zapotřebí ]} Nějaký supersymetrický modely to předpovídají |d_E| > 10⁻²⁶ E⋅cm^[5] ale některé další volby parametrů nebo jiné supersymetrické modely vedou k menším předpokládaným hodnotám. Současný experimentální limit proto vylučuje některé z těchto technicko-barevných / supersymetrických teorií, ale ne všechny. Další vylepšení nebo pozitivní výsledek,^[6] by stanovilo další limity, kterým má teorie přednost.

Formální definice elektronového EDM

Jelikož má elektron čistý náboj, je definice jeho elektrického dipólového momentu nejednoznačná

${ displaystyle mathbf {d} _ { rm {e}} = int ({ mathbf {r}} - { mathbf {r}} _ {0}) rho ({ mathbf {r}} ) d ^ {3} { mathbf {r}}}$

záleží na bodě ${ displaystyle { mathbf {r}} _ {0}}$ o kterém je moment distribuce poplatku ${ displaystyle rho ({ mathbf {r}})}$ je vzat. Pokud bychom si měli vybrat ${ displaystyle { mathbf {r}} _ {0}}$ být centrem náboje ${ displaystyle mathbf {d} _ { rm {e}}}$ by byla stejně nulová. Zajímavější volbou by bylo vzít si ${ displaystyle { mathbf {r}} _ {0}}$ jako těžiště elektronu vyhodnocené v rámci, ve kterém je elektron v klidu.

Klasické pojmy, jako je střed náboje a hmotnost, je však u kvantové elementární částice obtížné zpřesnit. V praxi definice použitá experimentátory pochází z tvarové faktory ${ displaystyle F_ {i} (q ^ {2})}$ objevující se v prvku matice^[7]

${ displaystyle langle p_ {f} | j ^ { mu} | p_ {i} rangle = { bar {u}} (p_ {f}) left {F_ {1} (q ^ {2 }) gamma ^ { mu} + { frac {i sigma ^ { mu nu}} {2m _ { rm {e}}}} q _ { nu} F_ {2} (q ^ {2 }) + i epsilon ^ { mu nu rho sigma} sigma _ { rho sigma} q _ { nu} F_ {3} (q ^ {2}) + { frac {1} { 2 m _ { rm {e}}}} vlevo (q ^ { mu} - { frac {q ^ {2}} {2m_ {e}}} gamma ^ { mu} vpravo) gamma _ {5} F_ {4} (q ^ {2}) right } u (p_ {i})}$

operátoru elektromagnetického proudu mezi dvěma stavy na plášti s Lorentzovou invariantní fázovou normalizací, ve které

${ displaystyle langle p_ {f} vert p_ {i} rangle = 2E (2 pi) ^ {3} delta ^ {3} ({ bf {p}} _ {f} - { bf {p_ {i}}}).}$

Tady ${ displaystyle u (p_ {i})}$ a ${ displaystyle { bar {u}} (p_ {f})}$ jsou 4-spinorová řešení Diracova rovnice normalizováno tak ${ displaystyle { bar {u}} u = 2 m_ {e}}$, a ${ displaystyle q ^ { mu} = p_ {f} ^ { mu} -p_ {i} ^ { mu}}$ je přenos hybnosti z proudu na elektron. The ${ displaystyle q ^ {2} = 0}$ tvarový faktor ${ displaystyle F_ {1} (0) = Q}$ je náboj elektronu, ${ displaystyle mu = (F_ {1} (0) + F_ {2} (0)) / 2 m _ { rm {e}}}$ je jeho statický magnetický dipólový moment, a ${ displaystyle -F_ {3} (0) / 2 m _ { rm {e}}}$ poskytuje formální definici elektrického dipólového momentu elektronu. Zbývající tvarový faktor ${ displaystyle F_ {4} (q ^ {2})}$ by, pokud je nenulová, byl by anapole moment.

Experimentální měření elektronového EDM

Doposud žádný experiment nenašel EDM s nenulovým elektronem. The Skupina dat o částicích zveřejňuje svou hodnotu jako |d_E| < 0.87×10⁻²⁸ E⋅cm.^[8] Zde je seznam experimentů s elektronovým EDM po roce 2000 s publikovanými výsledky:

Budoucí experimenty

Kromě výše uvedených skupin se elektronové EDM experimenty věnují nebo navrhují následující skupiny:

• David Weiss (Pennsylvania State University ):^[14] Čs atomová past

• Daniel Heinzen na University of Texas v Austinu:^[6] Čs atomová past

• University of Groningen: BaF molekulární paprsek^[15]

• John Doyle (Harvardská Univerzita ), Nicholas Hutzler (Kalifornský technologický institut ), a Timothy Steimle (Arizonská státní univerzita ): YbOH molekulární past^[16]

• Amar Vutha (University of Toronto ), Eric Hessels (York University ): orientované polární molekuly v matrici inertního plynu^[17]

Viz také

• Neutronový elektrický dipólový moment
• Elektronový magnetický moment
• Parita (fyzika) § Porušení parity
• Porušení CP
• Konjugace náboje
• T-symetrie
• Anomální elektrický dipólový moment

Poznámky pod čarou

Reference