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Elektrische Dipolmomente von Hadronen und leichten Kernen

Ein permanentes nicht verschwindendes elektrisches Dipolmoment eines beliebigen subatomaren Teilchens ist ein klares Signal für CP Verletzung jenseits des Kobayashi-Maskawa-Mechanismus des Standardmodells der Teilchenphysik.

Elektrische Dipolmomente

Status der Ausschluss-Regionen elektrischer Dipolmomente (EDMs)Aktueller Status der Ausschluss-Regionen elektrischer Dipolmomente (EDMs). Dargestellt sind sowohl direkte als auch abgeleitete EDM-Grenzen subatomarer Teilchen und einer Auswahl von Atomen.
Copyright: Jörg Pretz

Sowohl kontinuierliche als auch diskrete Symmetrien samt deren Brechungsmustern waren in der Entwicklung des Standardmodells (SM) der Teilchenphysik von entscheidender Bedeutung. Wie es für alle stationären Zustände endlicher Quantensysteme der Fall ist, die nicht in ihrer Parität entartet sind, können alle bekannten subatomaren Teilchen mit Spin, egal ob elementar oder zusammengesetzt, auch wenn sie nicht ihre eigenen Antiteilchen sind, nur dann ein nicht verschwindendes elektrisches Dipolmoment (EDM) unterstützen, wenn sowohl die Zeitumkehr- (T) als auch die Paritätssymmetrie (P) explizit gebrochen sind. Unter der Annahme, dass die kombinierte CPT-Symmetrie erhalten ist, folgt dann die Verletzung der CP-Symmetrie. Im SM induziert die CP-Verletzung, die auf dem Kobayashi-Maskawa Mechanismus der schwachen Wechselwirkung beruht, nur sehr kleine EDM-Werte, die mehrere Größenordnungen unter den aktuellen experimentellen Grenzen liegen. Viele Modelle jenseits des SM sagen jedoch EDM-Werte nahe dieser Grenzen voraus. Das Auffinden eines von Null verschiedenen elektrischen Dipolmoments eines beliebigen subatomaren Teilchens wäre daher ein Signal, dass eine neue Quelle der CP-Verletzung existiert, die zur Erklärung der beobachteten Baryon-Antibaryon-Asymmetrie unseres Universums unerlässlich ist.

Während derzeit nur für elektrisch neutrale subatomare und atomare Systeme Messungen direkter EDM-Grenzen existieren, erlaubt die Speicherring-Technologie die Suche nach EDMs von geladenen Hadronen — einschließlich des Protons und leichter Kerne. Am IKP-3/IAS4 sind konsistente und vollständige Berechnungen der für die elektrischen Dipolmomente von Deuteron, Helion und Triton relevanten Matrixelemente im Rahmen der chiralen effektiven Feldtheorie entwickelt worden. Außerdem werden Strategien zur Entflechtung der zugrundeliegenden Quellen der CP-Verletzung, insbesondere unter Einbeziehung der geladenen Hadronen untersucht.