[論文レビュー] Nucleon form factors with dynamical twisted mass fermions

Constantia Alexandrou, R. Baron+6 more|arXiv (Cornell University)|Nov 5, 2008

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 7被引用数 5

ひとこと要約

このラティスQCD研究では、中間子質量が300〜500 MeVの範囲で、2つのdegenerateな軽いクォークを用いた動的ねじれ質量フェルミオンを用いて、核子の電磁的および軸性形因子を計算している。β=3.9の24³×48ラティスを用い、軸性チャージ$g_A = 1.171(41)$、磁気モーメント$\mu_{IV} = 2.83(21)\mu_N$、半径を決定した。$G_E$については実験と良好な一致を示したが、$G_p$は実験観測値よりも急激に減少し、$G_A$の運動量依存性は実験観測値よりも弱く、両者に差異が見られた。

ABSTRACT

The electromagnetic and axial form factors of the nucleon are evaluated in twisted mass QCD with two degenerate flavors of light, dynamical quarks. The axial charge g_A, magnetic moment and the Dirac and Pauli radii are determined for pion masses in the range 300 MeV to 500 MeV.

研究の動機と目的

• 動的ねじれ質量フェルミオンを用いたラティスQCDにおいて、核子のアイソバーラント電磁的および軸性形因子を計算すること。
• 中間子質量が300〜500 MeVの範囲で、軸性チャージ$g_A$、磁気モーメント$\mu_{IV}$、およびディラック／パウリ半径を決定すること。
• 実験データおよびウィルソンフェルミオンを用いた先行ラティス研究と比較し、システムティックな傾向を評価すること。
• より軽い中間子質量での物理的点へのチャーミカル補外を可能にするために、軽い中間子質量でのデータを取得すること。
• 中間子現在行列要素を用いて、ゴールドバーガー＝トライマン関係のようなチャーミカル対称性関係をテストすること。

提案手法

• 木レベルのシマンジック改善ゲージ作用法を用いた、最大ねじれ角におけるウィルソンねじれ質量フェルミオンを用い、$O(a)$の自動改善を達成する。
• 中間子質量の最大ねじれ角への調整はPCAC質量の消去により実施し、$\beta=3.9$の24³×48ラティスを用い、格子定数は$a=0.0889(12)$とした。
• 局所的ベクトルおよび軸性現在を用いた2点および3点相関関数を計算し、プロトンのインターオペーリング場はAPEスムージングを用いたホッピング行列を用いてスムージングした。
• 相関関数の比から形因子を抽出し、$G_E(Q^2)$、$G_M(Q^2)$、$G_A(Q^2)$、$G_p(Q^2)$をデュアポールパラメータ化にフィットした。
• 核子質量を用いて物理単位に変換し、$m_N$、$\mu_{IV}$、および半径を決定した。
• 物理的軸性チャージ$g_A$を抽出するために、正規化定数$Z_A = 0.76(1)$を適用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中間子質量が300〜500 MeVの範囲で、ラティスQCDでアクセス可能な$Q^2$値における核電磁形因子$G_E(Q^2)$および$G_M(Q^2)$はどのように振る舞うか？
• RQ2 動的フェルミオンを用いたねじれ質量QCDにおける軸性チャージ$g_A$の値とその運動量依存性は何か？
• RQ3 $G_E$および$G_M$から導かれるディラック半径およびパウリ半径は、実験データおよび先行ラティス結果とどのように比較できるか？
• RQ4 $G_p(Q^2)$形因子は、低$Q^2$領域でどのように中間子ポール支配の振る舞いを示すか？
• RQ5 結果は物理的点への信頼性ある補外が可能か？また、磁気モーメントおよび軸性チャージの実験値と比較するとどうなるか？

主な発見

• 軸性チャージは$m_\pi = 447$ MeVで$g_A = 1.171(41)$と決定され、実験値と良好な一致を示した。
• アイソバーラント磁気モーメントは$\mu_{IV} = 2.83(21)\mu_N$であり、実験値の$\sim 2.97\mu_N$より低かった。
• 電気半径$\sqrt{\langle r_E^2 \rangle} = 0.489(25)$ fmおよび磁気半径$\sqrt{\langle r_M^2 \rangle} = 0.558(61)$ fmは、$m_\pi = 447$ MeVで抽出された。
• $G_A(Q^2)$形因子は、実験のデュアポールフィットよりも弱い運動量依存性を示し、$m_A = 1.1$ GeVであった。これは、ラティスデータの急激な低下を示唆している。
• $G_p(Q^2)$形因子は低$Q^2$領域で急激に増加し、中間子ポール支配と整合的であり、$m_\pi$が減少するにつれて理論的予測に近づいた。
• $\langle r_1^2 \rangle$、$\langle r_2^2 \rangle$、および$\mu_{IV}$の結果は、先行するウィルソンフェルミオン結果と良好に一致しており、フェルミオン形式にかかわらず一貫性があることが示された。