[論文レビュー] Lattice calculation of $1^{-+}$ hybrid mesons with improved Kogut-Susskind fermions

C. Bérnard, T. Burch+7 more|arXiv (Cornell University)|Jan 23, 2003

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 5

ひとこと要約

このラティスQCD研究では、改良Kogut-Susskindフェルミオンを用いて、クエンチドおよびダイナミカルな三フレーバーのバリオンクォークを用いて、$1^{-+}$の異性子ハイブリッドメソンの質量を計算している。ダイナミカルクォークが二メソン状態（例：$ \pi + b_1$）との強い混合を引き起こすことが判明し、質量抽出が複雑化している。結果として得られた質量推定値$m_H \approx 1.0$ GeVは、実験的候補である$ \pi_1(1600)$と整合的であるが、依然として実験的に観測された値よりも多少重いままである。

ABSTRACT

We report on a lattice determination of the mass of the exotic $1^{-+}$ hybrid meson using an improved Kogut-Susskind action. Results from both quenched and dynamical quark simulations are presented. We also compare with earlier results using Wilson quarks at heavier quark masses. The results on lattices with three flavors of dynamical quarks show effects of sea quarks on the hybrid propagators which probably result from coupling to two meson states. We extrapolate the quenched results to the physical light quark mass to allow comparison with experimental candidates for the $1^{-+}$ hybrid meson. The lattice result remains somewhat heavier than the experimental result, although it may be consistent with the $π_1(1600)$.

研究の動機と目的

• 改良Kogut-Susskindフェルミオンを用いたラティスQCDにより、以前のウィルソンフェルミオン研究よりも軽いバリオンクォーク質量を実現し、$1^{-+}$の異性子ハイブリッドメソンの質量を計算すること。
• ダイナミカルクォークがハイブリッドメソンのプロパゲーターおよび質量抽出に与える影響、特に二メソン崩壊チャネルの役割を調査すること。
• クエンチドQCDとフルQCDの結果を比較し、$\pi_1(1400)$や$\pi_1(1600)$などの実験的$1^{-+}$候補と整合性があるかを評価すること。

提案手法

• 離散化誤差を$a^2g^2$で抑制した改良Kogut-Susskindフェルミオン作用を用いて、軽いクォークをシミュレートする。
• $1^{-+}$ハイブリッド演算子を$\rho_s \times B$として構築し、$\rho_s$はトレースシンメトリックのベクトルカレント、$B$はグルーオン磁場である。
• 場強度テンソル$F_{\mu\nu}$のノイズを低減するためにAPEスメアリングを用いたゲージリンクを採用し、ハイブリッド相関関数における信号対ノイズ比を向上させる。
• バリオンクォークとダイナミカルクォークの両方の配置を用いて、相関関数に対するバリエーショナル解析を実施し、エネルギー準位を抽出する。
• クエンチド結果に対して、$m_{u,d} = 0.4m_s$のスケールを持つ格子からのデータを用いて、物理的軽いクォーク質量へのチャイralエクストラポレーションを実施する。
• フルQCDにおけるプロパゲーターを分析し、崩壊閾値とエネルギー準位を比較することで、二メソン状態との混合を検出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バリオンクォーク質量に依存する$1^{-+}$ハイブリッドメソンの質量はどのように変化するか。物理的軽いクォーク質量極限における値は何か。
• RQ2 ダイナミカルクォークが$1^{-+}$ハイブリッドメソンのプロパゲーターに与える影響は何か。質量抽出にどのように影響するか。
• RQ3 フルQCDにおいて、$\pi + b_1$や$K + K_1$のような二メソン最終状態との混合はどの程度強いか。
• RQ4 フルQCDにおける観測された$1^{-+}$質量は、$\pi_1(1600)$の実験的候補と整合的か。
• RQ5 フルQCDにおけるハイブリッド相関関数にプラトーが観測されないのは、二メソン状態との混合に起因するのか。

主な発見

• クエンチド$1^{-+}$ハイブリッド質量は、物理的軽いクォーク質量にエクストラポレーションされた結果、実験的$\pi_1(1400)$よりも多少重いが、$\pi_1(1600)$と整合的である。
• $m_{u,d} = 0.4m_s$の三つのデゲネレートなダイナミカルクォークを用いたフルQCDにおいて、$1^{-+}$質量は$am_H = 0.97(3)(3)$であり、$am_\pi + am_{b1} = 1.00$と非常に近い値を示しており、$\pi + b_1$チャネルとの強い混合を示唆している。
• $m_{u,d} = 0.4m_s$のとき、$s\bar{s}$ $1^{-+}$質量は$am_H = 0.90(4)(10)$であり、$am_K + am_{K1} = 0.90$と一致しており、$K + K_1$状態との混合を示唆している。
• フルQCDにおけるハイブリッドプロパゲーターは、クエンチドQCDや安定したハドロンとは異なり、フィット範囲でプラトーを示さない。これは混合に起因する非単一指数関数的振る舞いを示している。
• フルQCDにおける観測された振る舞いは、$1^{-+}$状態が二メソン最終状態と強く結合していることを示唆しており、標準的な指数関数的フィットによる直接的な質量抽出は信頼できない。
• これらの結果は、今後の研究において、明示的な二メソンチャネル相関を含めるか、崩壊閾値付近の準位の避けられ合いを解析することで、真のハイブリッド質量を抽出する必要があることを示唆している。