[論文レビュー] Calculation of the nucleon sigma term and strange quark content with two flavors of dynamical overlap fermions

H. Asano, Hidenori Fukaya+6 more|arXiv (Cornell University)|Oct 23, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 13被引用数 9

ひとこと要約

本研究は、正確なチャージャル対称性を用いて添加的質量再結合の格子断熱を排除する2フラバー動的オーバラップフェルミオンを用いて、核子のシグマ項および奇妙クォーク内容を格子上で計算した。主な結果として、奇妙クォーク内容が著しく小さく、y ≈ 0.15(10)に抑えられ、これは以前のウィルソン型フェルミオン計算で生じたチャージャル対称性破れ効果に起因する偏りにより、海クォーク寄与が過大評価されていたことを示している。

ABSTRACT

We present a calculation of the nucleon sigma term on two-flavor QCD configurations with dynamical overlap fermions. We analyse the lattice data for the nucleon mass using the baryon chiral perturbation theory. Using partially quenched data sets, we extract the connected and disconnected contributions to the nucleon sigma term separately. Chiral symmetry on the lattice simplifies the determination of the disconnected contribution. We find that the strange quark content, which determines the neutralino dark matter reaction rate with nucleon through the Higgs boson exchange, is much smaller than the previous lattice results.

研究の動機と目的

• チャージャル対称性破れに起因する格子断熱を排除するため、動的オーバラップフェルミオンを用いた2フラバーQCDにおける核子シグマ項および奇妙クォーク内容の計算を目的とする。
• 部分的ブリッジングデータとバリオンチャージャル摂動論を用いて、シグマ項への非接続クォーク線寄与を分離・定量する。
• 以前の格子計算では奇妙クォーク内容が不自然に大きく推定されていたという矛盾を解消する。これは、ウィルソンフェルミオン形式における添加的質量シフト断熱に起因する可能性がある。
• 正確なチャージャル対称性がシグマ項およびyパラメータに与える影響を示すことで、将来の2+1フラバーQCD計算の信頼できるベンチマークを提供することを目的とする。

提案手法

• a ≈ 0.118 fmの16³×32格子上に、mₛ/6からmₛまでの6つの海クォーク質量を用いた動的オーバラップフェルミオンを採用した。
• 核子2点相関関数の統計的精度を向上させるために、低モード平均化とソーススメアリングを用いた。
• フェインマン＝ヘルマンの定理を用いて、核子質量のクォーク質量微分と、接続および非接続スカラー行列要素を関連づけた。
• ユニタリおよび部分的ブリッジングデータに対してバリオンチャージャル摂動論（BChPT）のフィットを実施し、簡略化されたチャージャル外挿関数を用いた。
• 添加的質量シフトに起因する断熱を避けるために、外的クォーク質量依存性の差分を用いて非接続寄与を抽出した。
• 質量独立な再結合と有限体積補正を用いて、系統的不確実性を低減した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 チャージャル対称性破れに起因する格子断熱が除去された状態での、核子の奇妙クォーク内容yの真の値は何か？
• RQ2 非接続クォーク線寄与が、以前のウィルソンフェルミオン結果と比べてどのように異なるか？
• RQ3 ウィルソンフェルミオンにおける添加的質量シフトが、シグマ項における海クォーク寄与をどの程度過大評価しているか？
• RQ4 格子上での正確なチャージャル対称性が、シグマ項計算における外的クォーク質量と海クォーク質量の物理的でない混合を排除できるか？
• RQ5 オーバラップフェルミオンを用いた2フラバーQCDの結果は、以前のクェンチドおよびアンクェンチド格子研究とどのように比較できるか？

主な発見

• 核子の奇妙クォーク内容はy = 0.15(10)と評価され、以前のウィルソンフェルミオンで得られたy ≈ 0.36–0.66よりも顕著に小さいことが判明した。
• シグマ項への非接続寄与は、以前に報告された値よりも著しく小さく、これは以前の結果がチャージャル対称性破れの断熱に起因して過大評価されていた可能性を示している。
• オーバラップフェルミオンの使用により、添加的質量シフト断熱が排除され、これによりシグマ項計算における外的クォーク質量と海クォーク質量の微分の間の誤った混合が解消された。
• チャージャル外挿誤差は小さく、フィットのバリエーション（PQ-a,b と c）間の差が統計誤差の10%未満であると推定された。
• 有限体積効果は10%未満の誤差にとどまり、統計誤差に比べて無視できる。
• y ≈ 0.15(10)という結果は、チャージャル対称性破れの格子断熱が存在しないため、以前の計算よりもより信頼できる推定値を提供している。