[論文レビュー] Nucleon sea and the five-quark components

J. C. Peng, W. C. Chang|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、陽子内の内部charmのBHPSモデルを軽クォーク系に拡張し、内部$\bar{u}$, $\bar{d}$, および$\bar{s}$クォークが五クォークフォック状態（$|uudu\bar{u}\rangle$, $|uudd\bar{d}\rangle$, $|uuds\bar{s}\rangle$）から生じると提案する。相対論的クォークモデルから得られた運動量分布を用い、Drell-Yanおよび半包含的DISデータと比較することで、強い一致が得られ、内部軽クォークの海の存在を裏付けるものであり、$\mu = 0.5$ GeVにおけるそれぞれの五クォーク成分の確率は0.122、0.240、および0.024であると抽出された。

ABSTRACT

We generalize the approach of Brodsky {\it et al.} for the intrinsic charm quark distribution in the nucleons to the light-quark sector involving intrinsic $\bar u, \bar d, s$ and $\bar s$ sea quarks. We compare the calculations with the existing $\bar d - \bar u$, $s + \bar s$, and $\bar u + \bar d - s -\bar s$ data. The good agreement between the theory and the data is interpreted as evidence for the existence of the intrinsic light-quark sea in the nucleons. The probabilities for the $|uudu\bar{u}>$, $|uudd\bar{d}>$ and $|uuds\bar{s}>$ Fock states are also extracted.

研究の動機と目的

• 内部charmのBHPSモデルを軽クォーク系に拡張し、内部$\bar{u}$, $\bar{d}$, および$\bar{s}$クォークを含める。
• 実験データとの比較を通じて、陽子内に内部五クォークフォック状態（$|uudu\bar{u}\rangle$, $|uudd\bar{d}\rangle$, $|uuds\bar{s}\rangle$）が存在するかを検証する。
• 反クォーク分布のデータを用いて、これらの五クォーク成分の定量的確率を抽出する。
• 内部charm成分に与える影響を評価し、高エネルギー加速器での今後の探索を支援する。

提案手法

• BHPSモデルの相対論的クォークモデル形式を、軽クォーク$Q\bar{Q}$対に一般化し、五クォークフォック状態確率分布$P(x_1,\dots,x_5) \propto \left[m_p^2 - \sum_{i=1}^5 \frac{m_i^2}{x_i}\right]^{-2}$を用いる。
• 他のクォークの運動量分率について統合することで、反クォークの運動量分布$x_5$を導出し、$x_5$およびクォーク質量の関数として$P(x_5)$を得る。
• 無限大のクォーク質量近似を用いない数値的計算として、モンテカルロサンプリングを用いて$P(x_5)$を計算し、解析的極限を検証する。
• Drell-YanおよびHERMES実験からの実験データと理論的$x$分布（$\bar{d}-\bar{u}$, $s+\bar{s}$, $\bar{u}+\bar{d}-s-\bar{s}$）を比較する。
• 実験的運動量空間に一致させるために、$\mu = 0.3$および$0.5$ GeVを用いてBHPS予測を$Q^2 = 2.5$ GeV$^2$に進化させる。
• 測定された分布に一致するようにモデルにフィットすることで、五クォーク状態の確率を抽出し、測定分布に一致するように正規化を調整する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 内部$\bar{u}$, $\bar{d}$, および$\bar{s}$クォークは、五クォークフォック状態を通じて陽子内に存在するのか？
• RQ2 内部charmのBHPSモデルを、同等またはそれ以上の確率を持つ軽クォーク$Q\bar{Q}$成分に一般化できるか？
• RQ3 測定された$\bar{d}-\bar{u}$, $s+\bar{s}$, および$\bar{u}+\bar{d}-s-\bar{s}$の$x$分布は、五クォークフォック状態モデルの予測と一致するか？
• RQ4 陽子内の$|uudu\bar{u}\rangle$, $|uudd\bar{d}\rangle$, および$|uuds\bar{s}\rangle$フォック状態の確率は何か？
• RQ5 内部charmの確率は$|uudc\bar{c}\rangle$状態に基づいて推定されるが、その値は何か？また、その観測に最適な領域はどこか？

主な発見

• 計算された$\bar{d}-\bar{u}$, $s+\bar{s}$, および$\bar{u}+\bar{d}-s-\bar{s}$の$x$分布は、実験データと定性的に一致し、内部軽クォークの海の存在を支持する。
• 五クォーク状態$|uudu\bar{u}\rangle$の確率は、$\mu = 0.5$ GeVで$\mathcal{P}^{u\bar{u}}_5 = 0.122$と推定され、$\mu = 0.3$ GeVでは$0.162$に増加する。
• 五クォーク状態$|uudd\bar{d}\rangle$の確率は、$\mu = 0.5$ GeVで$\mathcal{P}^{d\bar{d}}_5 = 0.240$であり、$\mu = 0.3$ GeVでは$0.280$に上昇する。
• 五クォーク状態$|uuds\bar{s}\rangle$の確率は、$\mu = 0.5$ GeVで$\mathcal{P}^{s\bar{s}}_5 = 0.024$であり、$\mu = 0.3$ GeVでは$0.029$に増加する。
• 3つの軽クォーク五クォーク状態の合計確率は約40%であり、陽子のフォック状態分解に大きな寄与をしていることが示唆される。
• 内部charmの確率は$\mathcal{P}^{c\bar{c}}_5 \sim 0.003$と推定され、以前の推定値よりも顕著に低い。$Q^2$の進化に伴い、$0.1 < x < 0.4$の領域に探索窓があると示唆される。