[論文レビュー] Moments of generalized parton distributions and quark angular momentum of the nucleon

UKQCD Collaboration, M. Ohtani+12 more|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 2007

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、中性子の一般化部分子分布（GPD）の1次モーメントを、π質量が350 MeVまで低下する2フレーバーの動的ウィルソンフェルミオンを用いて計算している。共変バリオンのちからびくちる摂動理論を用いたちからびくちる補外により、全クォークの角運動量はクォークスピン寄与と同等であり、物理的π質量点においては軌道的角運動量が0に近いことが判明した。

ABSTRACT

The internal structure of hadrons is important for a variety of topics, including the hadron form factors, proton spin and spin asymmetry in polarized proton scattering. For a systematic study generalized parton distributions (GPDs) encode important information on hadron structure in the entire impact parameter space. We report on a computation of nucleon GPDs based on simulations with two dynamical non-perturbatively improved Wilson quarks with pion masses down to 350MeV. We present results for the total angular momentum of quarks with chiral extrapolation based on covariant baryon chiral perturbation theory.

研究の動機と目的

• ラティスQCDシミュレーションを用いて、中性子の一般化部分子分布（GPD）の1次モーメントを計算すること。
• ラティスデータを用いてJiの和則により、中性子内の全クォーク角運動量を特定すること。
• 共変バリオンのちからびくちる摂動理論を用いて、物理的π質量へのちからびくちる補外を実施すること。
• 中性子スピンにおけるクォークスピンと軌道的角運動量寄与を分離すること。
• 今後の解析を通じて、有限体積効果および非連結図の影響を評価すること。

提案手法

• π質量が350 MeVから約1 GeVの範囲で、2フレーバーの非摂動的改良ウィルソンフェルミオンを用いたラティス上でのクォーク双線形演算子の中性子行列要素をシミュレートする。
• 対称的に順序付けられた共変微分を含む3点関数と2点関数の比を用いて、GPDの(n−1)次モーメントを計算する。
• 非摂動的正規化を適用し、結果をμ² = 4 GeV²における$¯{\mathrm{MS}}$スキームに変換する。
• エネルギー運動量テンソルの$¯{\cal O}(a)$補正にはブースト摂動論を、軸性カレントのtadpole補正にはtadpole改良補正を用いる。
• 軸性およびGPD形式因子のt依存性をドーピングパラメータ化とちからびくちる摂動論を用いてフィットし、物理的点への補外を実施する。
• 重いバリオンのちからびくちる摂動論を用いて、$A_{20}$, $B_{20}$, および $ ilde{A}_{10}$ のちからびくちる補外を実施し、$m_\pi^2$ 項およびちからびくちる対数項を含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 物理的π質量におけるラティスQCDシミュレーションから、中性子内のクォークが担う全角運動量は何か？
• RQ2 ラティスデータおよびちからびくちる補外に基づいて、中性子におけるクォークスピンと軌道的角運動量の寄与はどのように比較されるか？
• RQ3 一般化形式因子（例：$A_{20}$ および $B_{20}$）の$m_\pi$依存性におけるちからびくちる対数項の役割は何か？
• RQ4 ドーピングフィットは、小$t$領域における軸性形式因子の$t$依存性をどの程度よく再現するか？
• RQ5 スカラおよびアイソベクトルチャンネル寄与は、ネットクォーク角運動量にどのような影響を及えるか？

主な発見

• 物理的π質量において、uクォークおよびdクォークの全クォーク角運動量は、それぞれ$J^{\rm u} = 0.230 \pm 0.008$ および $J^{\rm d} = -0.004 \pm 0.008$ であることが判明した。
• 物理的点におけるスカラ全角運動量は$J^{\rm u+d} = 0.226 \pm 0.013$ であり、クォークスピンと軌道的寄与の和と整合的である。
• クォークスピン寄与は$s^{\rm u+d} = 0.201 \pm 0.024$ であり、クォークスピンが中性子スピンの顕著な割合を占めていることを示している。
• 軌道的角運動量は$L^{\rm u+d} = 0.025 \pm 0.027$ であり、誤差内では0に一致している。
• $A_{20}^{\rm u-d}$および$B_{20}^{\rm u+d}$の$m_\pi$依存性により、物理的点近くで$J^{\rm u}$が強く抑制される一方、$J^{\rm d}$はちからびくちる対数のキャンセルにより小さいままである。
• ちからびくちる補外により、$B_{20}^{\rm u+d}$に顕著な非線形性（曲がり）が観測されたが、これはちからびくちるクォークソリトンモデルの予測とは対照的である。