[論文レビュー] ``Electromagnetic'' Answer to the Nucleon Spin Puzzle

Douglas Singleton|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 1997

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、バリオンのスピンのうち、バリオンのバリオンクォークによって説明されない部分が、クォークの電荷と磁気双極子モーメントの相互作用によって生じる電磁場の角運動量に起因すると提案している。オーダー・オブ・マグニチュードの推定によれば、この場の角運動量はバリオンのスピンに顕著な寄与を示す可能性があり、クォークの色電荷と色磁気双極子モーメントの相互作用によって、QCD内でも同様のメカニズムが存在する可能性がある。

ABSTRACT

A possible resolution to the question of where the nucleon gets some portion of its internal angular momentum, not carried by the valence quarks, is given in terms of the electromagnetic field angular momentum of the nucleon. This field angular momentum is similiar in origin to that of the Thomson dipole (an electric charge and a magnetic monopole), but arises from the interaction of the quark electric charges and magnetic dipoles. Rough, order of magnitude calculations show that such a field angular momentum could provide some of the nucleon's spin. Under certain assumptions QCD should also exhibit a similiar field angular momentum coming from the interaction of color charges with color magnetic dipoles.

研究の動機と目的

• バリオンのスピンの謎を解消するため、バリオンクォークを超えた角運動量の源を特定すること。
• クォークの電荷と磁気双極子モーメントに起因する電磁場の角運動量が、バリオンスピンの一部を説明できるかどうかを検討すること。
• 色電荷と色磁気双極子モーメントの相互作用によって、QCD内に同様の場の角運動量メカニズムが存在する可能性を調査すること。
• 電磁気的アナロジーを用いて、物理的に妥当な根拠に基づいた欠落スピンの定性的な説明を提供すること。

提案手法

• クォークの電荷と磁気双極子モーメントを持つ系としてバリオンをモデル化し、その結果生じる電磁場の角運動量を計算する。
• 電荷と磁気モノポールが角運動量を生成するという、トンプソンの双極子アナロジーを用い、バリオン内の場の角運動量を推定する。
• 粗いオーダー・オブ・マグニチュードの計算を実施し、電磁場の角運動量の寄与の大きさを評価する。
• 色電荷と色磁気双極子モーメントの相互作用を考察することで、QCDに類似した場の角運動量メカニズムの可能性を拡張する。
• 対称性および場の理論的推論を用いて、量子色力学内でのこのような角運動量の妥当性を主張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クォークの電荷と磁気双極子モーメントに起因する電磁場の角運動量は、バリオンスピンの測定可能な割合を説明できるか？
• RQ2 電磁場に起因する角運動量は、バリオンクォークが持つスピンと比べてどの程度の大きさか？
• RQ3 色電荷と色磁気双極子モーメントの相互作用に起因するQCD的アナロジーの場の角運動量は存在するか？
• RQ4 妥当な仮定のもとで、バリオン内の場の角運動量のオーダー・オブ・マグニチュードはどの程度か？

主な発見

• クォークの電荷と磁気双極子モーメントに起因する電磁場の角運動量は、バリオンスピンに顕著な寄与を示すオーダーの大きさであると推定されている。
• このメカニズムは、電荷と磁気モノポールが角運動量を生成するトンプソンの双極子に類似しており、欠落スピンの物理的起源として妥当性がある。
• このモデルは、このような場の角運動量がバリオンスピンのうちバリオンクォークが持ち得ない部分を説明できる可能性を示唆している。
• 色電荷と色磁気双極子モーメントの相互作用によって、QCD内に同様の場の角運動量メカニズムが存在する可能性がある。