[論文レビュー] Electromagnetic polarizabilities of nucleons in QCD string theory

S. I. Kruglov|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 1999

Superconducting Materials and Applications参考文献 1被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、非対称なクォーク-ダイクォーク構造と直線状のストリングを用いたQCDストリング理論と摂動論を用いて、核子の電磁極化率を導出する。弱い外部電磁場における摂動論を適用し、陽子の電気的および磁気的極化率をそれぞれ約10×10⁻⁴ fm³および約−8×10⁻⁴ fm³と予測し、磁気的極化率を約10⁻⁴ fm³程度と推定することで、非相対論的クォーク模型で見られる磁気的危機を解消する。

ABSTRACT

The effective action for baryons in external electromagnetic fields is found on the basis of QCD string theory. The area law for large Wilson loops is implied and we use the same string tension as for mesons to have a slope of baryon trajectories considing with the slope of meson traectories. The asymmetric quark-diquark structure of nucleons is accepted and the approximation of straight-line strings is used.The mean distances between quarks are estimated using the virial theorem. We calculate the electric and diamagnetic polarizabilities of a proton $\\bar{\\alpha}_p= 10\ imes 10^{-4} fm^3$, $\\beta_p^{dia}=-8\ imes 10^{-4} fm^3$ and neutron fm^3$ on the basis of the perturbative theory in small external electromagnetic fields. Using the $\\Delta$ contribution to the paramagnetic polarizability of the nucleons, the reasonable values of magnetic polarizabilities 10^{-4} fm^3$ are estimated. As a result there is no magnetic crisis as one occures in the nonrelativistic quark model.

研究の動機と目的

• 中間子の軌道と一致する一貫性のあるストリング張力を持つQCDストリング理論を用いて、核子の電磁極化率を導出すること。
• 非相対論的クォーク模型における磁気的危機を解消するために、パラ磁気的極化率にΔ共鳴状態の寄与を組み込むこと。
• ストリングモデル内でクォーク-ダイクォーク間の平均距離をヴィラルの定理を用いて推定するために、非対称なクォーク-ダイクォーク系として核子をモデル化すること。
• 弱い外部電磁場における摂動論を用いて、電気的、磁気的、およびパラ磁気的極化率を計算すること。
• 中間子の軌道勾配と一致するように、バリオンの軌道勾配が中間子のそれと一致するように、同じストリング張力をバリオン系に適用すること。

提案手法

• バリオンをクォーク-ダイクォーク構造を持つストリングとしてモデル化するため、大スケールのウィルソンループの面積則を用いたQCDストリング理論を採用する。
• バリオンの軌道勾配が中間子のそれと一致するように、中間子系と同一のストリング張力を用いることで一貫性を確保する。
• ストリングモデル内でのクォーク-ダイクォーク間の平均距離を推定するためにヴィラルの定理を適用する。
• 外部電磁場におけるバリオンの有効作用を、小さな場における摂動論を用いて定式化する。
• パラ磁気的極化率へのΔ共鳴状態の寄与を含め、磁気的極化率を推定する。
• 外部場強度の摂動展開を用いて、電気的、磁気的、およびパラ磁気的極化率をストリングモデルから解く。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クォーク-ダイクォーク構造を有するQCDストリング理論から導かれる陽子および中性子の電磁極化率は何か？
• RQ2 Δ共鳴状態の寄与を組み込むことで、核子における磁気的極化率の推定にどのような影響を与えるか？
• RQ3 中間子に用いられるストリング張力をバリオンに一貫して適用することで、バリオン軌道の傾きを観測されたものと一致させることができるか？
• RQ4 QCDストリングモデルは、非相対論的クォーク模型に見られる磁気的危機を解消するか？
• RQ5 このストリング理論的枠組み下で、陽子の電気的および磁気的極化率の定量的数値は何か？

主な発見

• 陽子の電気的極化率は $\bar{\alpha}_p = 10 \times 10^{-4} \, \text{fm}^3$ として計算された。
• 陽子の磁気的極化率は $\beta_p^{\text{dia}} = -8 \times 10^{-4} \, \text{fm}^3$ であると判明した。
• Δ共鳴状態の寄与を用いて、核子の磁気的極化率は約 $10^{-4} \, \text{fm}^3$ と推定された。
• 相対論的ストリング力学を組み込むことで、非相対論的クォーク模型で観察された磁気的危機をモデルが効果的に回避した。
• 一貫性のあるストリング張力を用いたクォーク-ダイクォークストリングモデルは、中間子と一致するバリオン軌道勾配を再現した。
• ヴィラルの定理を用いてクォーク-ダイクォーク間の平均距離を推定し、モデルの内部構造仮定を支持する結果が得られた。