A possible shortcut for neutron–antineutron oscillation through mirror world

Abstract

Abstract Existing bounds on the neutron-antineutron mass mixing, $$\epsilon _{n{\bar{n}}} &lt; \mathrm{few} \times 10^{-24}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>ϵ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mover> <mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>&lt;</mml:mo> <mml:mi>few</mml:mi> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>24</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> eV, impose a severe upper limit on $$n - {\bar{n}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mover> <mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> transition probability, $$P_{n{\bar{n}}}(t) &lt; (t/0.1 ~\mathrm{s})^2 \times 10^{-18}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>P</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mover> <mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>&lt;</mml:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:mn>0.1</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mi>s</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msup> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>18</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> or so, where t is the neutron flight time. Here we propose a new mechanism of $$n- {\bar{n}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mover> <mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> transition which is not induced by direct mass mixing $$\epsilon _{n{\bar{n}}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>ϵ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mover> <mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> but is mediated instead by the neutron mass mixings with the hypothetical states of mirror neutron $$n'$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msup> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mo>′</mml:mo> </mml:msup> </mml:math> and mirror antineutron $${{\overline{n}}} '$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mover> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mo>′</mml:mo> </mml:msup> </mml:math> . The latter can be as large as $$\epsilon _{nn'}, \epsilon _{n\bar{n}'} \sim 10^{-15}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>ϵ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:msup> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mo>′</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>ϵ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mover> <mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mo>′</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>∼</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>15</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> eV or so, without contradicting present experimental limits and nuclear stability bounds. The probabilities of $$n-n'$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mo>′</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> and $$n-\bar{n}'$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mover> <mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mo>′</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> transitions, $$P_{nn'}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>P</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:msup>

Topics & Concepts