[論文レビュー] Nucleon Structure and Hyperon Form factor from Lattice QCD

Huey-Wen Lin|ArXiv.org|Jul 25, 2007

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 6

ひとこと要約

このラティスQCD研究では、2+1フラバーの動的シミュレーションにおけるドメインウォールフェルミオンを用いて、核子およびハイパーロンの構造に関する第一原理計算が行われた。チャイナル・エクストラポレーション結果は実験と整合的であり、スピン軸性結合定数（1.23(5)）、未極化（0.203(23)）および極化（0.133(13)）構造関数の一次モーメント、横スピン（0.56(4)）、および陽子の strange 磁気モーメント（−0.066(26)）が得られた。一方、ΣΣおよびΞΞの軸性結合定数については、それぞれ0.441(14)および−0.277(11)という、初めてのラティス結果が報告された。

ABSTRACT

In this work, I report the latest lattice QCD calculations of nucleon and hyperon structure from chiral fermions in 2+1-flavor dynamical simulations. All calculations are done with a chirally symmetric fermion action, domain-wall fermions, for valence quarks. % I begin with the latest lattice results on the nucleon structure, focusing on results from RBC/UKQCD using 2+1-flavor chiral fermion actions. We find the chiral-extrapolated axial coupling constant at physical pion mass point to be 1.23(5), consistent with experimental value. The renormalization constants for the structure functions are obtained from RI/MOM-scheme non-perturbative renormalization. We find first moments of the polarized and unpolarized nucleon structure functions at zero transfer momentum to be 0.133(13) and 0.203(23) respectively, using continuum chiral extrapolation. These are consistent with the experimental values, unlike previous calculations which have been 50% larger. We also have a prediction for the transversity, which we find to be 0.56(4). The twist-3 matrix element is consistent with zero which agrees with the prediction of the Wandzura-Wilczek relation. In the second half of this work, I report an indirect dynamical estimation of the strangeness proton magnetic moments using mixed actions. With the analysis of hyperon form factors and using charge symmetry, the strangeness of proton is found to be $-0.066(26)$, consistent with the Adelaide-JLab Collaboration's result. The hyperon $Σ$ and $Ξ$ axial coupling constants are also performed for the first time in a lattice calculation, $g_{ΣΣ}= 0.441(14)$ and $g_{ΞΞ} = -0.277(11)$.

研究の動機と目的

• チャイナルフェルミオンを用いたラティスQCDにより、核子の構造関数およびフォーム因子を第一原理から計算すること。
• 物理的パイオン質量における連続的チャイナル外挿を達成し、過去の約50%の過大評価を是正すること。
• ΣΣおよびΞΞの軸性結合定数について、初めてのラティスQCDによる決定を提供すること。
• 混合作用法を用い、電荷対称性を組み合わせることで、陽子の strange 磁気モーメントを推定すること。
• twist-3行列要素 d₁ を通じて Wandzura-Wilczek 関係をテストし、ゼロと整合的であるかを検証すること。

提案手法

• RBC/UKQCDが生成した2+1フラバーの動的ゲージ配置を用い、外的クォークにドメインウォールフェルミオンを適用する。
• チャイナル対称性の保存を保証するため、非摂動的 RI/MOM スキームを用いて行列要素の正規化を行う。
• パイオン質量を300から625 MeVに変化させ、物理的点に至る連続的チャイナル外挿を実行する。
• 相関関数の信号対雑音比を向上させるために、ガウススムージングを施した源およびシンク演算子を用いる。
• ハイパーロンのフォーム因子を計算し、strangeness 磁気モーメントを間接的に抽出するために、混合作用法（ステガリング海クォーク、ドメインウォール外的クォーク）を採用する。
• 電磁的半径と関連する r_d^s を用い、電荷対称性とラティスデータを組み合わせることで、G_E^s および G_M^s を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 核子の軸性結合定数 g_A のチャイナル外挿値は何か？実験値と比較するとどうなるか？
• RQ2 運動量転送がゼロのときの未極化および極化核子構造関数の一次モーメントは何か？実験値と整合的か？
• RQ3 横スピン分布のゼロ次モーメントは予測される値は何か？twist-3行列要素 d₁ は Wandzura-Wilczek 関係が予測するようにゼロと一致するか？
• RQ4 陽子の strange 磁気モーメントは何か？実験的および過去のクエンチドラティス結果と比較するとどうなるか？
• RQ5 ΣΣおよびΞΞの軸性結合定数 g_ΣΣ および g_ΞΞ の最初のラティスQCD結果は何か？チャイナル摂動論および large-N_c 評価と比較するとどうなるか？

主な発見

• チャイナル外挿された軸性結合定数 g_A は 1.23(5) であり、実験値と非常に良好に一致している。
• 未極化クォーク分布の一次モーメントは 0.203(23)、スピン極化分布の一次モーメントは 0.133(13) であり、両者とも実験値と整合的であり、過去のラティス結果で約50%大きかったという問題を顕著に改善している。
• 横スピン分布のゼロ次モーメントは 0.56(4) と予測され、これは一次元で初めてのラティスQCD推定値である。
• twist-3行列要素 d₁ はゼロと整合的であり、Wandzura-Wilczek 関係を支持する。
• 陽子の strange 磁気モーメントは −0.066(26) と推定され、アデレード-JLab コラボレーションのクエンチド結果および現在の実験的制約と整合的である。
• 軸性結合定数の最初のラティスQCD計算により、g_ΣΣ = 0.441(14) および g_ΞΞ = −0.277(11) が得られ、過去の理論的推定値と比較して顕著に小さい不確実性を示している。