Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Кварковая_структура_адронов

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
21.04.2026
Размер:
350.59 Кб
Скачать

 

 

Le ture 9. Chiral perturbation theory

 

 

 

9.1 Theoreti al motivations for Chiral perturbation theory

 

 

¯

SUA(3) -

 

is spontaneously

violated by quark ond nsates (< 0|uu¯ |0 >=<

ofrealized- t ansformbytheonepresenparti leesymmetryofinothet multof plet to anothermultiplet

 

 

SU (3)

 

 

 

 

massless

 

 

 

 

 

 

0broken|dd|0 >=< 0|¯ |0 > ) and massless pseudos alar mesons are Goldstone bosons of spontaneously

Inhiralthe limit of massless qu rks (

= 0, = 0,

 

= 0 ) the Lagrangian of QCD is invariant under

u

 

SUL(3)×SU (3)R

massesnsformationsonservation.ofAsve resulttorurrthentsotetmeansofve tor thereurrentsareand the

tet of axial

 

rents are onserved. -Thetr

 

 

 

 

 

multipletsof

of

 

 

 

 

 

 

 

 

generators

 

pa ti les wi degenerate

 

ins de ea h

 

 

nd ve t harges - the SU 3)

 

 

 

 

 

 

 

 

alar. mesonsTheonservation. The axial ofhargesxial - urrentsthegeneratorsan be

 

 

 

 

 

dos one

 

 

 

mesonSUA. (3)Axialtransform the one-parti le states to two-p rti les states with additional pseudos alar

PCAC

 

 

s

atofpse quarklowhniqueudosdivergennstrumomentaalarmatssomeiesmesonstum-..ofsymwasTheseFurther,etransferaxialemtivepowerfullassivealurrthe.modelulationsDireomntswithhypinitialmethodtwiththethimassesviolationweretopseudosforeldsalwaysnalsquaredoftheofpartialofstatealarpseudinal.onstruproportionalulatiSupplementedmesstatesnservation- alarsymmetrytedofdegreesofartmesonsamplitudandofbyapprofbyaxialfreadomurreisthepriatenzeunderstandablewiurrentoperatorhalgebraonlypseuquarklinear(thatPCACoslevelmassesPerturbationombinationalarwouldtheredualthough)mesonsrelatemakesiretiongiv

Theory SU (3)

SUA(3)

 

 

same resu ts as QCD ones. Su h

was

and is alled Chiral

 

(ChPT).

 

 

 

ChPT i volv s pseudos alar meson dmodelgres of freadom expli itely and has the same hiral SUL(3)×

SU (3)R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

spontaneourresymmtualgebraslydosviolattryalarlikebutmesonsdQCDnowbyvathe.asSo,uumGoldstoneurrentstherexpeartationarebosonsonstrutetsvalue.ofDiretedofonservedpseudostfromvilationpseudosv torof eldsandalarandxialeldsthere.urrentsAxialisansymmetrywithotethe

masslesssame

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

elegantshouldaxialoversymmetry

 

 

 

 

 

 

SUL(3) × SU (3)R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

of

 

 

 

 

 

 

 

alarQCDntamesonsanarerethattobeisnpresentormexpressanobtainedgaveandexalizableheserelationChPTinppossibilitytheoryparametersmuinandhamongChPTwhilmorweto

 

 

 

 

 

 

 

QCDssibility

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sof

 

 

 

 

 

isalalsoTheulatequarkurrentsposexpewayremarkabletheviolationiblemasses.tamplitudandtheandsamandpseudoswhendi erenquarkrelationsresultswithomparedalarebetweenondenpseudosforameltheseates.ngQCDQCDSo,altheamplitudes.rInallrelationsmesonsandmassesChPTChPTdivergeningradientsatofPCACgivebutinitialpseudlowthenowthatiesmomhypothethis

 

 

 

 

ChPT is

 

lizable

. All

 

in QCD a

be bsorb

by (in nit

diverg n ies of diagrams initiat d by some

Lagrangian and

 

ntainmore

more loops

requirede nitionthenonrenormtrod tion of mortheoryand mo

startingw terms in the Lagrangian o

theseandivergen ies.

New

 

in the Lagrangian (with paultravioletam ters not xed by the theory

 

) ntain more and more

)

 

of

li ited number of parameters in

QCD Lagra

 

gian while in ChPT the

 

 

of pseudos alar

elds and lassi ation of terms by the numbabsorbof derivatives is alled

erivativesturbatermsive de om

osition in ChPT:

L = L2 + L4 + ...

. Let us des ribe the lowest order Lagrangian

amplitudes

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L2 ,

 

pa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

forameterstwopionsby atteringomparisonandto QCD and then onsider as an example the al ulations of

η → 3π de31 ay.

9.2 Chiral Lagrangian at lowest order.

In ChPT pseudos alar elds φa are olle ted in a unitary 3 × 3 matrix,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π0

 

 

 

 

η8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

0π+

 

 

K+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

η8

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

a two

terms

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

(40)

The LagrangianU = EXPat lowest(iΦ/F )order,

onsistsΦ = λ

φof

=

2

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F 2

 

 

 

 

 

µ

U

 

 

 

 

 

F 2

 

 

 

 

 

 

 

)i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L = 4 h∂µU ∂

 

 

 

 

+ 2 BhM (U + U

 

 

 

 

 

 

 

 

onstant,de otes the tra e of matrix

 

 

. This

Lagrangian

 

 

ntains the following parameters: the pion

de ay Ai

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

and quark massesF 93 MeV, onstant B, w

i h is related to the quark ondensate, h0|uu¯ |0i = −F B

whereThe

rst termMin = di (mu

, m , m ).

 

e onstant B always appears multiplied by quark masses.

 

Lagrangian L2 is invariant under SUL(3) × SU (3)R transformation

(41)

The se ond term in Lagrangian

 

 

 

 

U → gLU gR

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(42)

Va uuum state is not invariant

under

represents

 

dire t

violation of

 

SUL(3) × SU (3)R

- symmetry.

L2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SUL(3) × SU (3)R transformation

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The urrents orresponding

 

 

that means that the symmetry is spoteneously broken.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

to

(43)

 

 

 

 

I = h0|U |0i 6= gLh0|U |0igR ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SU (3)R transformations an be obtained by Noether theorem

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SUL(3) ×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where

 

Jµ = ωLa JµaL + ωRJµ R =

 

 

 

hδU ∂µU + ∂µU δU i

,

 

 

 

 

 

 

(44)

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λa

 

 

a

λa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

their

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

ve tor and axial urrents

 

 

 

 

 

 

 

 

(−ωL

 

2

 

 

U + U ωR

 

 

 

We have left and right urrents or δU =

 

 

 

 

 

2 ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

liniar ombinations

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

De omposing unitary

we get the orresponding

 

JµaL = i

F 2

 

 

λa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h−

2 U ∂µU i ,

 

 

 

2

 

 

matrix U up to the rst oder in elds φa

 

 

 

 

 

 

F

2

 

 

 

λa

 

 

 

 

 

 

 

JµaR = i

2

hU

 

2

µU i ,

 

 

 

Jµ V = JµaL

+ JµaR

= −i

F 2

λa

U ]∂µU i ,

 

 

2

h[

2

(45)

de omposition

 

 

 

 

 

F 2

axial

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λa

 

 

 

 

Jµ A = JµaL − JµaR = −i

2

h{

2 U }∂µU i .

 

 

λbφb

 

 

and

 

 

λcµφc

 

 

U = I +

F

of ve tor

 

 

 

 

 

= −

urrents

+ ... ,

 

+ ... ,

 

µU

 

 

 

F

 

JµaV = f abcφbµφc + ... 32,

 

JµaA = −F ∂µφa + ... .

 

pionThe sede onday relationonstant .hereNextpresentsstep willexabetlyto detheomposePCAC matrixhypothethis of QCD and xes onstant F as

U up to the se ond oder in elds

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Φ

 

 

 

Φ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U = I − i

Φ

 

Φ2

 

 

 

 

 

 

 

 

and get the LagrangianU = I + i

 

 

 

 

+ ... ,

 

 

 

 

 

 

+ ...

 

 

 

 

F

2F 2

F

2F 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L2 at the se ond oder in elds

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

relations among

 

 

 

 

 

masses

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pseudos alar

 

 

 

 

 

 

 

π

 

η8

 

 

 

 

2

(

 

 

 

0

 

 

same

 

 

 

 

+

 

 

 

+ 2

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

0

+

 

 

 

 

L

2

 

 

µπ

µπ

 

 

µπ

 

µπ

 

 

 

 

 

 

 

µK

 

µK

 

 

 

µK

µK

 

 

 

µη ∂µη ...

 

 

mixing angle

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

symmetry

 

 

 

 

 

 

 

 

d+π+

 

 

 

 

u - and d - quark masses. The

 

 

 

 

2 ((mu

+

 

d0π0

+ 2(

 

 

u

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

θ de ed by the mixing formulae

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+2(mu

 

+ m )K+K

+ 2(

 

 

d

+

 

s)K0K0 +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

(mu

+ md + 4

 

8η8

+

 

1

 

(mu

 

 

 

0

η8 + η8

0

) + ...) .

 

 

 

symmetryFrom here

violatiowe see +th3

 

3

− m )(π

π

 

met rs(46)of

 

 

 

natrethethe

 

 

 

as in QCDthe.Also, thereof

 

 

mixing massmesonstermandfor the par

due to the

 

 

 

 

 

 

of iso opi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

by nonzero di eren e of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 and

 

esons

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π0 ≈ π˜0 + θη˜8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where tilde stays to

denote mass

eigenstates, is a small0 number

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η8

≈ η˜8

− θπ˜

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

osition

 

 

 

 

de opm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

matrix

U

 

mπ2˜

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(mu

 

 

 

 

)B (mu

 

 

 

md)

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

θpions

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.012 .

 

 

9.3

Two

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

(m + )

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

≈ − √

 

≈ −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

attering and

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3(mη˜8 − mπ˜0 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3(mη˜8 π˜0 )

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

15 3

 

 

 

 

 

Now let us go to the

 

 

 

 

 

 

osition f η → 3π de ay

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

de opm

 

 

prof essesLagrangian

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

up to the forth oder in lds followed by the

 

spe i

 

 

 

 

 

 

 

- two pion L2aonsidered

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

in two

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tteringtheforthand oder in elds. Be ause of we are inter sted only

matrix

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η → 3π de ay - we will put to zero other elds in

Ina)

twotheU irrelevanttwopionspionsatteringsforatteringtheproweessetake

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K, η8 = 0 and negle t small π0η8 mixing. Then

 

 

 

 

 

 

 

F42 h∂µU ∂µU

i is equal to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U = EXP (iπ · τ /F )

 

 

 

 

 

 

 

 

U = I + i

π · τ

 

 

 

π2

 

i

π · τ π2

+

 

π2π2

 

 

 

 

 

 

 

π

F

 

 

2F 2

 

π

6F 3

 

 

24F 4

 

Forth oder in elds

 

ontribution

 

 

·

τ

 

 

 

π2

 

 

·

τ π2

 

π2π2

 

 

 

U = fromI i

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

.

 

 

F

 

2F 2

 

 

 

6F 3

24F 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F 2

2

µπ2µπ2 33

µπ

µ(ππ2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− 2 · 2

 

 

 

 

 

·

 

 

 

 

 

 

4

 

 

4F 4

 

 

 

 

 

 

 

 

6F 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

m2

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where the total derivative terms are=

 

 

skeeped and equation of motion

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8F 2

µ

π

µπ

 

 

6F

2 π π

 

 

 

,

 

µ2 π = −mπ2 π for pion eld is

used. Forth oder in elds ontribution from F22 BhM (U + U )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F 2

 

 

 

 

 

 

 

π2π2

 

 

 

 

m2

 

2

 

 

is equal to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

so, in total the part of Lagrangian

 

 

 

 

 

 

BhM 2

 

 

 

=

 

 

π

 

 

 

 

2

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

24F 4

 

24F

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L2

responsible

for two

pion s attering is equal to

 

 

R membering th

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

µπ2µπ2 − mπ2 π2π2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8F 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

reate nal

 

 

 

π2 = 2π+π+ π0π0 and that π+ eld opera or annihilate initial π+state and

amplitudes

be easily al ulated

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

three

πanstat

while π

 

eld operator annihilate initial πstate and reate nal π+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

Mπ+π→π+π=

 

 

 

2 · 2 · 2 ( − mπ ) + ( − mπ )

=

 

M2 +

 

 

 

 

M1 +

 

 

M0

 

 

 

 

8F 2

6

2

3

 

 

 

M 0

0

 

0

 

 

0

1

 

 

2

 

2

 

 

2 (s

 

 

m2 ) + (

 

 

m2 ) + (u

 

m2 ) =

 

2

M2 +

1

M0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

π

→π

π

 

= 8F 2

 

·

 

 

 

 

·

 

 

 

 

 

 

1

 

 

π

 

 

 

 

π

 

1

 

 

 

π

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

Here we have us d the de +omposition− 0 0

of two pion

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π ) = 3

(M0 − M2) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mπ π →π π

 

 

=

 

8F 2 2 · 2 · 2( −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

total isospin and

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

states

 

π+πand π0π0 to the states with de nite

Extra ting

further

 

 

 

amplitudesdenote the

s attering amplitudes

for total isospin

I = 0, 1, 2

respe tively.

 

M0, M1

, M2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M0, M1, M2 we obtain

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M0 =

1

 

 

 

 

3(s − mπ2 ) + ( − mπ2 ) + (u − mπ2 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

(

 

− u)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M1 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M2 =

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

For total isospin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

− mπ ) + (u − mπ ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I = 0, 2 we have s-wave s attering with the s

attering lengths

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 =

 

 

M0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

= 0.16 mπ

 

 

 

((0.2 ÷ 0.25)

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

32πmπ

 

32πF 2

 

 

 

mπ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

and for total isospin

 

 

M2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

32πmπ

 

= −32πF 2

= −0.046 mπ

 

 

 

((−0.05 ÷ −0 035) mπ )

 

 

 

 

 

 

 

 

2

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

move

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i.e. inside the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

length from 0.16

 

1

 

 

to 0.22

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mπ

 

 

experimental interval and do not hange

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mπ

 

 

HigherThis wayorderwe havemomentumreproduorretheedthestionsatteringresults ofgoesWeinbs attep-rinwavegon. soft pion s attering.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

signi antly

a2 s attering length.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η → 3π de ay

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fromIntwothe indasependentof η → 3bloπ deksay we take K = 0 . After that both matri ies Φ and U be ome omposed

2

+ 6

0π+

0

 

π0

η8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

π

 

 

 

η8

 

 

 

 

 

.

 

The blo k withU = EXP (iΦ/F ) ,

 

 

Φ =

2

 

 

 

 

 

+

0

 

 

(47)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kineti

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

term

η8 and we skeepbytheit further,rst termtheonjugatedrst term

givemultipliedzeroafterbythe se ondthe tra e due to:and

 

After that

6 will never ontribute to η → 3π amplitude, so, we an safely put it to zero.

 

 

taking

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η8

 

 

 

 

i

multiplied

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Then

 

 

 

 

 

 

U = EXP (i

3F

) · EXP (

F

π · τ )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µη8

η8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η8

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

from

F42 h∂µU ∂µU

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

following

ontribution

 

 

η → 3π de ay

The square ofµU =rst

termEXPonjugis (ipartatedof)

theEXP (

 

π

·

τterm) + EXPfor (

)

·

µ XP

(

 

π

 

·

τ ) .

 

 

 

 

 

3F

3F

·

 

 

F

 

 

 

 

 

3F

 

 

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the se ond

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

µ2 π0 = −mπ2 π0 as we

did it in the ase of pion s attering be ause of the mixing

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The square of the se ond term is nonzero, so we get the

 

π · τ ) · EXP (F

π ·

 

 

for

 

 

 

hEXP ( F

π · τ ) · ∂µ EXP

(F π · τ )

= h−∂µ

XP ( F

τ )i = 0 .

Performing this substitution to the formulaπ above≈ π˜

+andθη˜8keeping.

linear in small θ-angle terms we get

Now we annot put

 

 

 

1

 

µ

π2µπ2 +

 

1

µ2 π · (ππ2) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8F 2

6F 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

or

θ

where Nows0let=

2F 2

µ(˜π0η˜8)∂µ(π˜

2) + 3F 2 µ2 π˜ (π˜ π˜0η˜8) +

 

6F 2 µ2 π˜0(η˜8π˜ 2) +

6F 2 µ2

η˜8(˜π0

π˜ 2)

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

θ

 

 

µ(˜π0

η˜8)∂µ(π˜

2)

s0(˜π0η˜8π˜ 2) ,

 

 

 

(48)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

us2 +onsiderm2 /3.the termF

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

η

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F 2

BhM (U + U )i and use matrix U in the form

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

η8

 

 

 

+

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

+

 

 

 

 

η8

 

Expanding matrix

 

U = XP (iΦ/F ) ,

 

 

Φ =

 

3

 

 

(49)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−π

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

U to the forth order in matrix Φ we will use the following result for Φ

Φ4 =

(

η2

+

 

+

0η8

)

+

8

η8

π

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

3

3

 

35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

π2

 

 

2

 

 

2

 

+π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

...

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

η8

+ π2

2π η8

)2 +

η82π+π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

or

 

 

 

2

2

 

2

 

8

4

 

η2

2

 

0η8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

+ π

)

 

9

η8

+ 2(

 

+ π

)

 

 

 

 

 

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

taking the

tra e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

0

 

 

After Φ =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

...

 

 

 

 

 

 

82 + π2)2

 

98 η84

 

2(

η8

+ π2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

and

 

 

 

 

 

 

hM (U + U )i we will get two terms: one term proportional to the sum of u-

d- quark masses

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

8

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(mu + m ) (η8 + π

 

)

 

 

 

 

 

η8 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

andandit does not ontribute to the

 

de ay

the se ond termgoesproportionalto toafterthethedi mixing,erene

η → 3π

and 8

+ π )

 

 

 

 

(η˜8

+ π˜

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d- quark masses

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η2

 

 

 

 

2

 

0η8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

+

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(mu − md)2(

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

and it ontributes to the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

orreFinally,tion. the term

 

 

 

η → 3π de aygivesn without mixing, so the mixing here gives only a small

 

 

 

 

 

 

F22 BhM U + U )i

 

 

 

 

 

 

the following ontribution to η → 3π de ay

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(50)

 

 

 

 

 

(mu

 

 

 

 

 

md)B

 

0

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In total the terms (48) and

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

part of Lagrangian

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(50)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

present the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π˜ η˜8

π˜ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

63F 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L2 responsible for η → 3π de ay

 

 

 

 

 

 

(m

 

 

m )B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ∂µ(˜π0η˜8)∂µ(π˜ 2)

s0(˜π0η˜8π˜ 2)

 

 

 

 

 

 

Now two amplitudes

 

u

 

 

d

 

 

 

 

 

π˜0η˜8π˜ 2

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

(51)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!

 

 

 

 

 

63F 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mη2 − mπ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mη→π+ ππ0

 

and Mη→π0 π0π0

 

an be easily obtained

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(mu

 

d)B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3(s − s0)

 

 

 

 

 

 

(52)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mη

 

 

 

π+ππ0 =

 

 

 

 

1 +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mη2 − mπ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33F 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where

 

 

Mη

 

 

π0

π0π0 =

(mu

− m )B

 

 

 

3 +

3 ((s − s0) + ( − s0) + (u − s0))

 

,

 

(53)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33F 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mη2 − mπ2

 

 

 

 

 

 

 

 

are invariants amplitudessesofMη→π+ππ0

is invari nt

 

mass of π+π-pair and s, t, u in amplitude Mη→π0 π0

π0

 

 

 

 

 

 

 

 

π0π0-pairs and s +

 

 

 

 

+

 

 

 

= 3 0. Due to the last relation among s, t,

the

seIf weondtaketermtheinquarkmplitudemass di eren0 0 e0 is exa tly

equal

 

 

o zero.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mη→π π π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(mu − md) from the relation

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wihereth

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

ele tromagneti

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

to the masses

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

are ass

med to an el then the de ay

 

 

 

 

(m − md)B = (mK

+

 

− mK0 ) − (

 

π+

− mπ0 ) ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ontributions

 

 

= 66eV a squaredis mu h lower than the exp rimental value

 

η→π+ππ0 is equal to η→π+ππ0

and is . Thelose toratioexperimental value

π0

= 1.42

 

 

does not depend on quark mass

 

produer n ees

 

 

281 V

 

 

η→π0

π0

π0 / η→π+π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

di

 

(mu − md)

The amplitude

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.43.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dependen e on variable

 

 

 

 

linearly depends on the mass of π+π

-pair and this

 

 

its linear

 

 

 

Mη→π+ ππ0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3T0

 

 

 

 

where

T0

is kineti energy of neutral pion and

Q = mη − 3mπ

 

the energy deposit in

the rea tion

is

 

y =

 

Q

 

− 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η → π+ππ0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(mu

md)B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2mη Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mη

 

π+ππ0 =

 

 

 

 

 

 

 

 

36

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mη2 − mπ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33F 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The distribution of the amplitude squared |Mη→π

 

1 − mη2

− mπ2 y

2

1 −

while experimentally

 

we have

η

 

 

1 − 1.17y

+ππ0 |2 in variable y is thus proportional to

2

158 y ≈ 1 − 1.07y + 0.28y2

+ 0.21y2 .

37

10 Le ture 10. Anomalies of axial urrents

 

 

 

 

 

 

 

 

r nsfor

 

ions thaterminantdi er from

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

IL × e

φR

IR

UL(3)×UR(3)

behesupplementedsym

 

 

 

 

 

 

 

SUL(3) × SUR(3) ones by addit(ori veal tor

 

 

 

 

Last two le tures we have dis ussed the hiral

SUL(3) × SU (3)R symmetry of QCD in the limit of

 

 

ssless quarks (

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

omponents

f

mu = 0,

 

= 0, m

= 0 ). Un er the symmetry transformat ons the left and right

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is invariantmatr esunderthat is by unitary

matri es with theu, ded, s quark equalelds wereto onerotate. In fad t,byQCDSULLagrang(3) and SUanR(3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

etry

largerbyleftandandtherighotets(orofve onservedtorandaxial)left andsingletright u

 

rents. Singletandaxial)ve torurrentselementsurrentshould.So,

Forof thetheo tetonservedofaxialsingleturrentsaxialhas urrent

 

 

 

1

 

 

 

existenurrentsejof the= qγ¯o µγ5

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is the

urrent of

onserved

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

Singlet axial¯

 

urrent

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

baryon jharge= . (¯uγµ

+ dγµd + sγ¯ µs)

 

3 ·

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

requiredµA = ¯

µ

2

 

 

 

 

 

= q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µV

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

¯

 

 

 

 

 

onserved

 

 

 

 

 

 

 

 

naively is also onserved like thej

o =tet of axial(¯uγµγ5

+ dγµγ5d + sγ¯ µγ5

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µA

 

2

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the

 

 

 

 

 

 

a

 

 

tetλof .mWesslesssaw pseudosthatthe alaronservationmesons.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µA

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

existth

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

2

 

 

 

 

asweweouldhaven lreadyly expedis ussedt

 

 

tureof massless singlet pseudos

lar meson and this

is not the a e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iv

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

qγ γ5

 

q,

λ

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nle

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

avesingletm ntioned also the p ssible

 

olution of this problem by the

introdu tion of gluoniη ηmixingontent. Weinthe

 

 

 

 

 

 

 

η0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

modioperatorare(QED)spoiledInonservedthisations)byofequatimasslessaxialle

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wheremesongenthatissingletoneelewenftheaxialwillthetroaxiallassistartquantumsurrenttourrentalthemesonwithlevel.Further,levelasetheis.bothnotofsimpleaxialQCDvewetorexampleuwillwithreapplydtmasslessbeisaxialofnotquantumtheuseuonresultsofrentserveditseleofonservation(withandthetrodynameleobviousndtrontheis

 

 

 

 

 

 

 

ture.ThenofanomalyQEDweforelewewillthetronsforwill.Todiveseemasslsee

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nd the operator equation for the divergen e of

inglet axial ur

 

 

 

nt of masslessu, d,

s quarks and

The formal solution of the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u,

d,

s

rks.

 

 

 

 

 

 

 

λ3

 

 

 

 

 

η0

 

 

 

 

problem will follow. Finally, we will nd the anom

ly of axial

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

eleL10.tronus1 onsiderAnomalyand photonmasslessurrentofeldsineleaxialQEDtronsofnteraurrentmasslesstinginquarkswithQEDmasslessandwithapplyphotonsmasslessthe results. The Lagrangiantoele tronsofdetheayintera. ting

jµA = qγ¯

µγ5

2 q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π → 2γ

 

 

 

jµL = ψLγµψL and jµR

= ψRγµψR

are oserved. The onserved ve tor urrent jµV

= jµL + jµR =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ψ, Aµ is equal to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

µν

 

 

¯

 

 

 

µ

 

 

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L = −

4

Fµν F

 

 

 

+ ψγµ(i∂

 

+

 

0A )ψ =

Lagrange equations

 

 

for lassi al el

es ribe

1

 

 

ψ and Aµ look the same way

 

lassi al

 

f mo

 

 

and is invari

t under the global

¯

 

 

 

 

 

 

 

µ

 

 

 

µ

 

 

 

 

¯

 

 

µ

 

 

 

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −

 

 

 

 

µν

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

Fµν F

 

 

+ ψLγµ(i∂

 

 

+

0A )ψL

+ ψRγµ(i∂

 

 

+ 0A )ψR

 

 

 

 

 

ψ

0

and

 

 

0

 

 

ψ and Aµ

). If we swi h o the intera tion (

0

 

→ 0) the Heisenberg opera or

 

 

 

Aµ will d

 

free ele trons and photons38 for whi h ve tor and axial urrents are trivially

 

 

 

 

¯

 

 

 

 

 

 

 

¯

 

 

 

 

UL(1)×UR(1) transf

rmations. As a result left and right urrents

¯onserved:is oupled to photon eld. Also, the axial urrent

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¯

 

 

is naively

ψγ

µψ

 

 

 

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jµA = jµL − jµR = ψγµγ5ψ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

onquantumthequanboeldsumonlevelthe forlassioperatorsal levelinforHeislassinbergal representeldssatisfyingtion( lassi al equationsof

ofmoti tionandforjµA

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

onserved. If we turneletronsthe intera tion (e0 6= 0) ba k we ould onstru t any Heisenberg

perator

Atheforformulainter ting

 

 

 

and photons from operators for nonintera ting ele trons and photons by

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = S−1T (SA0) ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

onne ted

 

 

 

 

 

 

where

 

 

 

 

 

 

S = T exp(ie0

Z

4¯0γµψ0Aµ0 ) ,

 

 

 

de ompositionS is the ofsattoperatoring matrix. Now we an use the perturbation theory to nd

pert

rbative

First, is lear that

 

 

A. Also, let us use the Feinman diagram te hnique for the al ulations.

dewhereompositionsubsriptof"operatoronne ted"m

ans

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

diagrams ontribute to the perturbative

 

thatA =onlyT (SA )conn cted

,

 

 

 

 

 

 

 

presented

 

 

 

µ

 

diagrams

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

¯0

γµγ5ψ

0

). Then

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A. Let A = ∂

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A(z) = A0(z) + T (ie0

Z

4x(ψ¯0γµψ0Aµ0 )(x) A0(z))connected+

 

 

that an2! T (ie0

Z

 

x(ψ γµψ Aµ)(x)

 

 

ie0

Z

y(ψ γµψ Aµ)(y)

A (z))connected + ...

 

 

be

 

 

 

 

 

by¯ the following

 

 

 

 

 

 

 

¯

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

4

 

0

0

0

 

 

 

 

 

4

 

 

0

 

0

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ + + +

For rst diagram we have

+

+

+ ...

+

+

39

=

Two se ond diagrams give

ψ¯0

(p)pˆ

= 0,

 

 

 

pψˆ 0(p) = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

be ause of

 

 

 

 

 

Z

(p

− p)µψ¯0

(pµ

γ5ψ0(p)e−ipz eipz d4pd4p= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

i(p+ k − p)µψ¯0(pν

1

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

4

 

4

 

4

 

 

 

 

 

e0

 

 

 

 

γµγ5ψ0(p)Aν

(k)e−ipz eip

z eikz d

 

pd

pd

k+

 

 

 

 

 

+ kˆ

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

be ause of e0

 

i(p+ k − )µψ¯0(pµγ5

 

γν ψ0(p)Aν0 (k)e−ipz eip

z eikz d4pd4pd4k = 0

 

 

 

pˆ − kˆ

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

0

 

 

5

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

et .The rst nonzero¯ result

 

 

 

 

to the¯diagram5

 

¯

 

 

 

γν ψ (p) = 0

 

 

 

 

 

 

ψ (p )pˆ = 0, pψˆ (p) = 0, ψ (p )γν γ

ψ (p) + ψ (p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

orresponds

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

whi h is a part

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

theI = Z

Texpressionγαγ5 pˆ − kˆ1

γβ + T

γα pˆ + kˆ2

γ5γβ d p

 

 

 

 

d4p

2Let us onsider the integral

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

1

0

 

 

 

0

 

 

ik1z ik2z

4

4

 

e0 Z

((p + k2) − (p − k1))µT r

γα pˆ + kˆ2 γµγ5 pˆ − kˆ1 γβ Aα(k2)Aβ (k1)e e

 

d

 

k1d

k2 i(2π)4 .

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

gration

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

of

 

above

 

 

. Cal

ulating the tra e we

get

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

undebutBy theniteappropriatehange.NowofwethehangeI =

4iǫαβγδ pγ (

 

 

k

 

k

 

 

 

d4p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1)2 + (p + k2)2 p2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ergenta eintegralhoithe einteofhagralinngetegsrationouldthe resultbevariablemade.So,equalwetheanresulttomadezerois

 

 

 

 

 

 

variabledilemmaoftheinthevariable.Bylinearlytheoapproprif divint40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в предмете Квантовая теория поля