[論文レビュー] Light hadron spectrum and quark masses in 2+1 flavor QCD

Cp-Pacs, Jlqcd Collaborations+17 more|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2005

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

ひとこと要約

本論文では、非摂動的O(a)補正を施したウィルソンクォーク作用と岩崎ゲージ作用を用いて、2+1フレーバー格子QCDシミュレーションを行い、軽いバリオンスペクトルとクォーク質量を計算する。中間子質量とクォーク質量の連続極限補外により、$ m_{ud}^\overline{MS}(2~\text{GeV}) = 3.34(23)~\text{MeV} $ および $ m_s^\overline{MS}(2~\text{GeV}) = 86.7(5.9)~\text{MeV} $ が得られ、実験結果とよく一致しており、Nf=2の結果とも整合的である。

ABSTRACT

CP-PACS and JLQCD collaborations are carrying out a joint project of the 2+1 flavor full QCD simulation. Gauge configurations are generated for the non-perturbatively $O(a)$-improved Wilson quark action and the Iwasaki gauge action using PHMC algorithm at three lattice spacings, $a\sim 0.076$, 0.010 and 0.122 fm, with a fixed physical volume $(2.0 fm)^3$. We present analysis for the light meson spectrum and quark masses in the continuum limit, which are determined using data obtained from the simulations at the two coarser lattices. Our simulations reproduce experimental values of meson masses. The ud and strange quark masses turn out to be $m_{ud}^{\bar{MS}}(μ=2 GeV)=3.34(23) MeV$ and $m_s^{\bar{MS}}(μ=2 GeV)=86.7(5.9) MeV$. We also show preliminary results at our finest lattice spacing for which simulations are still being continued.

研究の動機と目的

• ダイナミカルなアップ、ダウン、ストレンジクォークを含む2+1フレーバーQCDにおける軽いバリオンスペクトルとクォーク質量を計算すること。
• 強制的およびNf=2近似を超えたダイナミカルクォークを含めることで、格子QCDにおける系統的誤差を低減すること。
• 非摂動的O(a)補正を施した作用と複数の格子間隔を用いて連続極限の結果を達成すること。
• VWIおよびAWIの異なるクォーク質量定義の比較を行い、スケーリングの破れを評価すること。

提案手法

• シミュレーションでは、岩崎ゲージ作用と非摂動的O(a)補正を施したウィルソンクォーク作用（クローバー補正付き）を用いる。
• ゲージ配置は、3つの格子間隔（a ≈ 0.076、0.099、0.122 fm）で、物理的体積（2.0 fm）³を固定して、多項式ハイブリッドモンテカルロ（PHMC）アルゴリズムにより生成する。
• 中間子質量は、スメアーピンとポイントソースを用いた擬スカラー、ベクトル、軸性ベクトルカレントの時間相関関数から抽出する。
• クォーク質量は、ベクトルおよび軸性ベクトルウォード恒等式定義を用い、2次曲線フィットによる連続極限補外を実施する。
• 重ね合わせ因子Zの補正には、タドルプルーフィットされた1ループ摂動論的理論を用い、μ=2 GeVでの4ループの走行を実施する。
• 統計的誤差は、100トレジェクトリーバイナリィンのバッチ化ジャックナイフ法により推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 連続極限における2+1フレーバーQCDの軽いバリオンスペクトルは何か？ それは実験結果とどのように比較されるか？
• RQ2 μ=2 GeVにおける$ \overline{MS} $スキームでのアップおよびストレンジクォーク質量は、実験値とどのように比較されるか？
• RQ3 VWIとAWIのどちらのクォーク質量定義がスケーリングの破れを小さくし、より信頼性の高い連続極限補外をもたらすか？
• RQ4 2+1フレーバーQCDの結果は、強制的およびNf=2 QCDシミュレーションの結果とどのように比較されるか？
• RQ5 有限な格子間隔がクォーク質量の決定に与える影響は何か？ そして、どのように是正できるか？

主な発見

• 連続極限における軽いバリオンスペクトルは、実験値とよく一致しており、2+1フレーバーのシミュレーションの信頼性を確認する。
• μ=2 GeVにおける$ \overline{MS} $スキームでのアップおよびダウンクォーク質量は、$ 3.34(23)~\text{MeV} $ と決定された。
• μ=2 GeVにおける$ \overline{MS} $スキームでのストレンジクォーク質量は、$ 86.7(5.9)~\text{MeV} $ と決定された。
• AWIクォーク質量定義はVWI定義よりもスケーリングの破れが小さく、より信頼性の高い連続極限補外をもたらす。
• 2+1フレーバーQCDにおけるクォーク質量の連続極限結果は、Nf=2 QCDの結果と整合的であり、誤差内に顕著なずれは認められない。
• 最も細かい格子間隔（a ≈ 0.076 fm）における予備結果は、連続極限補外と整合的であるが、統計的精度はまだ低い。