[論文レビュー] Comment on "Searching for flavor dependence in nuclear quark behavior"

O. Hen, F. Hauenstein+7 more|arXiv (Cornell University)|May 6, 2019

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、アリンコンとフォミン（2019年）による核内における高仮想的（HV）および高局所密度（LD）二核子対の比較を批判し、普遍的修正関数（UMF）の導出に一貫性の欠如があることを示している。彼らの組み合わせスケーリングおよび非対称核補正の使用が、UMF間に人工的な差を生じさせ、ab-initio量子モンテカルロ（QMC）計算と矛盾し、特にフレーバー依存性および重心補正に関して物理的整合性を損なう。

ABSTRACT

Weinstein, et. al [1] [PRL 106, 052301 (2011)] and Hen, et. al [2] [PRC 85, 047301 (2012)] observed a correlation between the EMC effect and the amount of short range correlated (SRC) pairs in nuclei which implies that quark distributions are different in SRC pairs as compared with free nucleons. Schmookler, et. al [3] [Nature 566, 354 (2019)] bolstered this by showing that the EMC data can be explained by a universal modification of the structure of nucleons in neutron-proton SRC pairs and presented the first data-driven extraction of this universal modification function (UMF). Arrington and Fomin [4] [arxiv 1903.12535] attempt to gain insight into the correlation between the EMC effect and SRCs by distinguishing between correlated nucleon pairs at high-virtuality (HV) vs. high local-density (LD). However, there is an inconsistency in their derivations of the UMFs, FLD univ and FHV , causing a non-physical difference between them for asymmetric nuclei. In addition, the univ combinatorial scaling they used to extract high-LD np, pp and nn pairs from measured HV np pairs is contradicted by realistic ab-initio Quantum Monte-Carlo (QMC) calculations.

研究の動機と目的

• アリンコンとフォミン（2019年）による核内における高仮想的（HV）および高局所密度（LD）二核子対の普遍的修正関数（UMF）の導出に生じる一貫性の欠如を特定・是正すること。
• HV $np$ 対から得られるLD $pp$、$nn$、$np$ 対を抽出するために用いられる組み合わせスケーリングの妥当性を検証し、ab-initio量子モンテカルロ（QMC）計算と矛盾することを示すこと。
• UMF間の人工的差異が、アイソスピン不均衡の取り扱いの不一致およびLDケースでのみ $(Z-N)F_2^p/F_2^d$ 項を除去することに起因することを示すこと。
• 重心（c.m.）運動補正が不均衡に適用されていること——LD対にのみ適用されている——ことにより、UMF間に物理的に説明できない差が生じていることを示すこと。
• ab-initio QMC計算が、高運動量および小距離対の両方に同一の普遍的スケーリング係数を支持することを確立し、アリンコンとフォミンの仮定であるHVおよびLD用の別々のスケーリング係数とは対照的である。

提案手法

• $np$、$pp$、$nn$ 対をすべて含む一貫した多体形式を用いて、高局所密度（LD）対の普遍的修正関数（UMF）を再導出することで、アリンコンとフォミンの不完全な取り扱いを是正すること。
• HVおよびLD両ケースに同一のUMFフレームワークを適用し、UMFの唯一の一貫した比較は、$N=Z$ の対称核において行われることを示し、この場合、式は同じ形に簡略化されることを示すこと。
• ab-initio量子モンテカルロ（QMC）計算を用いて、高運動量および小距離対の分布が物理的に同等であることを検証し、両者において $k$-空間および $r$-空間で同一の核に依存するスケーリング係数 $C_{NN,\alpha}^A$ を介して要約できることを示すこと。
• 簡素な1次元スメアリングモデルとより現実的な3次元スペクトル関数モデルを比較することで、重心（c.m.）運動補正を再評価し、70%の補正がアリンコンとフォミンの使用した20%よりも正確であることを示すこと。
• UMF勾配の $A$-依存性を対数的および定数的フィットで再分析し、1パラメータの定数フィットがより適切であり、$F_{\text{univ}}^{HV}$ と $F_{\text{univ}}^{LD}$ 間の人工的差をなくせることを示すこと。
• QMC結果と照らし合わせて、組み合わせスケーリング仮定を検証し、非対称核においても小 $r$ での $nn$、$pp$、$np$ 対の数が等しいことを示し、スケーリングが有効でないことを証明すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アリンコンとフォミン（2019年）の $F_{\text{univ}}^{LD}$ 導出が、非対称核において $F_{\text{univ}}^{HV}$ とは物理的に説明できない差を生じる理由は何か？
• RQ2 HV $np$ 対から $pp$、$nn$、$np$ 対を抽出するために用いられる組み合わせスケーリングは、ab-initio QMC計算と整合するか？
• RQ3 非対称核における $R_{\text{EMC}}^{A}$ が、同じ $A$ を持つ対称核と等しいという仮定に理論的根拠はあるか？
• RQ4 高運動量および小距離対に別々のスケーリング係数を仮定することは、QMC計算によって支持されるか、それとも単一の普遍的スケーリング係数が存在するか？
• RQ5 LD対にのみ適用された重心（c.m.）補正の不均衡な適用が、$F_{\text{univ}}^{HV}$ と $F_{\text{univ}}^{LD}$ 間の人工的差を生じさせているのか？

主な発見

• 非対称核において $F_{\text{univ}}^{HV}$ と $F_{\text{univ}}^{LD}$ 間の差は物理的ではなく、LD導出においてのみ $(Z-N)F_2^p/F_2^d$ 項を無視しているのに対し、HVケースでは保持しているという正当でない取り扱いに起因する。
• ab-initio QMC計算では、対称および非対称核において小 $r$ での $nn$、$pp$、$np$ 対の数がほぼ等しいことが示され、アリンコンとフォミンが用いた組み合わせスケーリングとは矛盾する。
• QMCから得られた対分布は、$n_{NN,\alpha}^A(k>k_F) = C_{NN,\alpha}^A |\psi_{NN,\alpha}(k)|^2$ および $\rho_{NN,\alpha}^A(r<1\text{fm}) = C_{NN,\alpha}^A |\psi_{NN,\alpha}(r)|^2$ と要約でき、高-$k$ および小-$r$ 対の両方に同一の普遍的スケーリング係数が適用されることを証明する。
• 重心（c.m.）運動補正は、アリンコンとフォミンの仮定した20%ではなく、3次元スペクトル関数モデルに基づくと約70%がより正確であり、その不均衡な適用がUMF比較を歪めている。
• アリンコンとフォミンが用いたUMF勾配の $A$-依存性の対数的フィットは不適切である。1パラメータの定数フィットがより適切であり、$F_{\text{univ}}^{HV}$ と $F_{\text{univ}}^{LD}$ 間の差を2.5倍から約1.5倍にまで低減する。
• QMCによる確認により、HVおよびLD対の物理的同等性が裏付けられる：同じスケーリング係数 $C_{NN,\alpha}^A$ が運動量空間および座標空間の両方に適用され、別々の力学的挙動を仮定することは無効である。