[論文レビュー] Constraining the point-form construction of current operators and application to nucleon form factors

T. Melde, L. Canton+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2006

Superconducting Materials and Applications被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、点形式相対論的量子力学の枠組みにおいて、ポアンカレ不変な電磁現在演算子の研究を行い、陽子の形因子のサーベイター・モデル構築における不確実性に注目している。理論的不確実性が現在演算子の不確かさに起因するものであり、クォーク模型の相互作用の違いを上回っており、実験データは一般的にその不確実性帯の範囲内にあることを示している。

ABSTRACT

We address the problem of Poincare'-invariant electromagnetic currents in the point form of relativistic quantum mechanics. In the relativistic spectator-model construction employed hitherto it is assumed that only one of the constituent quarks is explicitly coupled to the photon. Nevertheless the corresponding current operator is not strictly of one-body character but effectively includes many-body contributions. Imposing Poincare' invariance alone, the spectator-model construction of the electromagnetic current operator is left with ambiguities. They can be reduced by imposing additional conditions such as charge normalization and time-reversal invariance. However, there still remain theoretical uncertainties. We demonstrate the present uncertainty spread of point-form spectator-model predictions along with elastic electromagnetic form factors. It is found that the experimental data are ususally centered within a theoretical uncertainty band. We also examine the variations in the form-factor predictions by two different kinds of constituent-quark models, namely, the ones whose hyperfine interactions derive from Goldstone-boson exchange and from one-gluon-exchange. The differences in the corresponding predictions remain smaller than the uncertainties from the spectator-model construction of the current operator. In most instances they are also smaller than the uncertainty spread of the experimental data.

研究の動機と目的

• 点形式相対論的量子力学の枠組み内でのポアンカレ不変な電磁現在演算子の構築における曇りを解消すること。
• サーベイター・モデルの現在演算子における理論的不確実性が、陽子の弾性電磁形因子予測に与える影響を評価すること。
• ゴールドストーン・メソン交換と一グルーオン交換の2つの異なる構成クォーク模型に基づく形因子挙動の比較。
• 実験データが、現在演算子の構築に起因する理論的不確実性帯に含まれるかどうかを評価すること。

提案手法

• 点形式形式において、電磁現在演算子にポアンカレ不変性を根本的制約として課す。
• 電荷正規化と時間反転不変性といった追加の条件を適用することで、現在演算子の構築における曇りを軽減するが、完全に解消はしない。
• 1つのクォークのみが光子に直接結合するが、現在演算子は有効な多体的性質を保持するサーベイター・モデルの現在演算子を構築する。
• 得られた現在演算子を用いて、サーベイター・モデル内での陽子の弾性電磁形因子を計算する。
• ハイパーフィールド相互作用をゴールドストーン・メソン交換から得るクォーク模型と、一グルーオン交換から得る別のクォーク模型の両方を用いて、形因子予測を比較する。
• 現在演算子の構築に起因する理論的不確実性の広がりを定量化し、モデルの違いや実験データの広がりと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 点形式形式におけるポアンカレ不変な電磁現在演算子の構築における理論的不確実性の原因は何か？
• RQ2 電荷正規化や時間反転不変性といった追加の制約は、現在演算子の構築における曇りにどのように影響するか？
• RQ3 ゴールドストーン・メソン交換によるハイパーフィールド相互作用と一グルーオン交換による相互作用を有する構成クォーク模型の間で、形因子予測にどのような差が生じるか？
• RQ4 現在演算子の構築に起因する不確実性の広がりは、実験データの広がりと比べてどうか？
• RQ5 陽子の形因子に関する実験データは、現在演算子の曇りに起因する理論的不確実性帯に含まれるか？

主な発見

• サーベイター・モデルによる電磁現在演算子の構築における理論的不確実性が、予測される陽子の弾性電磁形因子に顕著な広がりをもたらす。
• ポアンカレ不変性、電荷正規化、時間反転不変性を課しても、現在演算子の構築における曇りは完全に解消されず、広い不確実性帯を形成する要因となる。
• 陽子の形因子に関する実験データは、一般的に現在演算子の曇りに起因する理論的不確実性帯の範囲内に位置している。
• ゴールドストーン・メソン交換と一グルーオン交換のクォーク模型間の形因子予測の差は、現在演算子の構築に起因する不確実性の広がりよりも小さい。
• 大多数のケースにおいて、現在演算子の構築に起因する不確実性の広がりは、クォーク模型の差と実験データの広がりの両方を上回っている。