Advanced

Chiral Perturbation Theory for Neutron-Antineutron Oscillations

Kofoed, Erik LU (2016) FYTM03 20161
Department of Astronomy and Theoretical Physics
Abstract
This thesis treats neutron-antineutron oscillations in the framework of chiral perturbation theory. An effective Lagrangian, using mesons and nucleons as degrees of freedom, is constructed to capture the low-energy behavior of the effective six-quark operators, which is the set of higher dimensional operators that can induce neutron to antineutron transitions at the quark level. These operators have been used previously to model the oscillations using lattice QCD simulations.
This Lagrangian is used to compute the neutron to antineutron transition amplitude at O(p^2) in the chiral perturbation expansion. The resulting amplitude is given as a function of the pion mass and could be of use for matching lattice simulations at unphysical... (More)
This thesis treats neutron-antineutron oscillations in the framework of chiral perturbation theory. An effective Lagrangian, using mesons and nucleons as degrees of freedom, is constructed to capture the low-energy behavior of the effective six-quark operators, which is the set of higher dimensional operators that can induce neutron to antineutron transitions at the quark level. These operators have been used previously to model the oscillations using lattice QCD simulations.
This Lagrangian is used to compute the neutron to antineutron transition amplitude at O(p^2) in the chiral perturbation expansion. The resulting amplitude is given as a function of the pion mass and could be of use for matching lattice simulations at unphysical quark masses to the physical situation. Furthermore, the effect that finite lattice volume has is estimated by using the difference between the known finite and infinite volume versions of chiral perturbation theory. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
I partikelfysik beskrivs en partikel av en samling tal kallade kvanttal. Exempel på sådana inkluderar elektrisk laddning men även andra som exempelvis så kallade smaker of färger. Bevarade kvanttal är en speciellt viktig typ som går under det kollektiva namnet laddningar. Den viktigaste egenskapen som sådana laddningar har är att de är bevarade, alltså att de inte får förändras med tiden.
Ibland förekommer kvanttal som endast approximativt är bevarade. Med approximativt menas att de processer som kan ändra på den givna laddningen är ovanligt förekommande.

Ett viktigt kvanttal i partikelfysik är det så kallade baryontalet vilket är definierat så att protoner och neutroner har värdet ett medan deras antipartiklar har värdet minus ett.... (More)
I partikelfysik beskrivs en partikel av en samling tal kallade kvanttal. Exempel på sådana inkluderar elektrisk laddning men även andra som exempelvis så kallade smaker of färger. Bevarade kvanttal är en speciellt viktig typ som går under det kollektiva namnet laddningar. Den viktigaste egenskapen som sådana laddningar har är att de är bevarade, alltså att de inte får förändras med tiden.
Ibland förekommer kvanttal som endast approximativt är bevarade. Med approximativt menas att de processer som kan ändra på den givna laddningen är ovanligt förekommande.

Ett viktigt kvanttal i partikelfysik är det så kallade baryontalet vilket är definierat så att protoner och neutroner har värdet ett medan deras antipartiklar har värdet minus ett. Det finns anledningar att tro att baryontalet inte är exakt bevarat och att det således finns sällsynta processer där det ändras. En experimentell anledning att tro att det borde finnas sådana förlopp är att vårt universum verkar uppvisa i princip uteslutande materia och ingen antimateria. Detta verkar bara vara förenligt med fysikaliska modeller om baryontal får ändras. En möjlig konsekvens av baryontalsändring i naturen skulle vara så kallade neutron-antineutronoscillationer vilket är att neutroner kan övergå i att bli antineutroner, vilket sänker baryontalet med två enheter.

Denna uppsats undersöker hur neutron-antineutronoscillationer kan modelleras matematiskt på låga energier under premissen att baryontalet får ändras med två enheter. Metoden som används är en, i andra sammanhang, vältestad teori för hur protoner, neutroner och pioner växelverkar vid låga energier, och går under namnet kiral störningsteori. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Kofoed, Erik LU
supervisor
organization
course
FYTM03 20161
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Neutron-antineutron Oscillations, Baryon Number Violation, Chiral Perturbation Theory, Effective Field Theory, Spurions
language
English
id
8898924
date added to LUP
2017-02-14 09:01:15
date last changed
2017-02-14 09:01:15
@misc{8898924,
  abstract     = {This thesis treats neutron-antineutron oscillations in the framework of chiral perturbation theory. An effective Lagrangian, using mesons and nucleons as degrees of freedom, is constructed to capture the low-energy behavior of the effective six-quark operators, which is the set of higher dimensional operators that can induce neutron to antineutron transitions at the quark level. These operators have been used previously to model the oscillations using lattice QCD simulations. 
This Lagrangian is used to compute the neutron to antineutron transition amplitude at O(p^2) in the chiral perturbation expansion. The resulting amplitude is given as a function of the pion mass and could be of use for matching lattice simulations at unphysical quark masses to the physical situation. Furthermore, the effect that finite lattice volume has is estimated by using the difference between the known finite and infinite volume versions of chiral perturbation theory.},
  author       = {Kofoed, Erik},
  keyword      = {Neutron-antineutron Oscillations,Baryon Number Violation,Chiral Perturbation Theory,Effective Field Theory,Spurions},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Chiral Perturbation Theory for Neutron-Antineutron Oscillations},
  year         = {2016},
}