[論文レビュー] Masses of the Light Quarks

H. Leutwyler|arXiv (Cornell University)|May 19, 1994

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 3被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、軽いクォーク（u, d, s）の質量をチャーミカル摂動論を用いて検討し、上クォーク質量がゼロであるという仮定に疑問を呈している。$ m_u = 0 $ とすると、スカラーおよび擬スカラー行列要素において物理的に不自然なフレーバー非対称性が生じ、低エネルギーQCDにおける軽いクォーク質量の摂動的取り扱いと矛盾することを示している。

ABSTRACT

Talk given at the Conference on Fundamental Interactions of Elementary Particles, ITEP, Moscow, Oct. 1995. The paper reviews the current status of knowledge concerning m_u, m_d and m_s. Qualitative aspects of the resulting picture for the breaking of isospin and eightfold way symmetries are discussed. At a more quantitative level, the review focuses on the chiral perturbation theory results for the masses of the Goldstone bosons. The corresponding bounds and estimates for the ratios m_u/m_d and m_s/m_d are described in some detail.

研究の動機と目的

• 低エネルギーQCDにおいて上クォーク質量をゼロと仮定することが一貫しているかを評価すること。
• $ m_u = 0 $ が低エネルギーQCDの構造を一貫した記述にできるかを検討すること。
• vanishing $ m_u $ がスカラーおよび擬スカラー演算子の行列要素に与える影響を調査すること。
• チャーミカル有効場理論において軽いクォーク質量を小さな摂動として取り扱うことが妥当かどうかをテストすること。
• フレーバー対称性と $ m_u = 0 $ における行列要素の振る舞いの間の矛盾を解消すること。

提案手法

• 軽いクォークを含む低エネルギーQCDの観測量を分析するためにチャーミカル摂動論（ChPT）を適用すること。
• チャーミカルラグランジアンを用いてスカラーおよび擬スカラー現在の行列要素を計算すること。
• 仮定 $ m_u = 0 $ のもとでの行列要素におけるフレーバー非対称性を分析すること。
• 予測された行列要素の構造と、軽いクォーク質量を摂動として取り扱うという要件を比較すること。
• $ m_u = 0 $ の極限が、観測された低エネルギーQCDの実験的現象と一貫しているかを評価すること。
• 有効場理論的手法を用いて、上クォーク質量がゼロである場合のハドロン行列要素に与える影響を調査すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $ m_u = 0 $ を仮定すると、低エネルギーQCDの現象論が一貫した記述にできるか？
• RQ2 $ m_u = 0 $ がスカラーおよび擬スカラー演算子の行列要素に与える影響は何か？
• RQ3 $ m_u = 0 $ の極限でフレーバー非対称性はどのように生じるのか？物理的に受け入れられるものか？
• RQ4 もし $ m_u = 0 $ が仮定されると、軽いクォーク質量を小さな摂動として取り扱えるのか？
• RQ5 $ m_u = 0 $ の状況は、ChPTにおけるハドロン行列要素の観測された構造と整合性があるか？

主な発見

• 仮定 $ m_u = 0 $ は、スカラーおよび擬スカラー演算子の行列要素において激しいフレーバー非対称性を引き起こす。
• これらの非対称性は、軽いクォーク質量が低エネルギーQCDで小さな摂動として取り扱えるという仮説と矛盾する。
• $ m_u = 0 $ の極限は、行列要素において物理的に不自然な振る舞いを生じさせ、クォーク質量に依存する滑らかな依存性を破る。
• この分析により、$ m_u = 0 $ の状況は、チャーミカル摂動論の枠組み内でQCDの低エネルギー構造を一貫して記述できないことが示された。
• 論文は、クォーク質量の摂動的取り扱いを維持するためには $ m_u $ がゼロでない必要があると結論づけた。
• 結果は、QCDの有効場理論的手法において $ m_u = 0 $ の図式が一貫性を持たないことを挑戦している。