[論文レビュー] Nucleon structure in the chiral regime with domain wall fermions on an improved staggered sea

Robert G. Edwards, George Fleming+7 more|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2006

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 8

ひとこと要約

このラティスQCD研究では、改良ステガード海クォーク上にドメインウォール価価クォークを用いて、バリオン構造の観測量—部分子分布のモーメント、フォーム因子、一般化フォーム因子—を計算している。この手法により、π中間子質量が359 MeVまで低下するクリスタル的領域への正確なクリスタル的外挿しが可能になった。軸性電荷とフォーム因子について、実験と良好な一致が得られ、クォークの軌道的角運動量が無視できないことが明らかになった。また、バリオンスピン分解において、スピンと軌道的寄与がバランスしていることが示された。

ABSTRACT

Moments of unpolarized, helicity, and transversity distributions, electromagnetic form factors, and generalized form factors of the nucleon are presented from a preliminary analysis of lattice results using pion masses down to 359 MeV. The twist two matrix elements are calculated using a mixed action of domain wall valence quarks and asqtad staggered sea quarks and are renormalized perturbatively. Several observables are extrapolated to the physical limit using chiral perturbation theory. Results are compared with experimental moments of quark distributions and electromagnetic form factors and phenomenologically determined generalized form factors, and the implications on the transverse structure and spin content of the nucleon are discussed.

研究の動機と目的

• ドメインウォール価価クォークと改良ステガード海クォークを用いた混合作用ラティスQCDフレームワークを用いて、クリスタル的領域におけるバリオン構造観測量を計算すること。
• 1ループクリスタル的摂動論を用いて、部分子分布のモーメントおよび一般化フォーム因子の物理的π中間子質量への信頼性の高いクリスタル的外挿を実施すること。
• クォークスピンと軌道的角運動量からの寄与を分解することにより、バリオンスピンの起源を解明すること。
• ラティス計算結果を実験データおよび物性的モデルと比較し、一般化部分子分布におけるラティスQCDと実験の協調的関係を確立すること。
• 特に軸性電荷や電磁フォーム因子のような観測量において、定量的精度を実現するための混合作用フレームワークの妥当性を検証すること。

提案手法

• 価価クォークにドメインウォールフェルミオン、海クォークにasqtad改良ステガードフェルミオンを組み合わせた混合作用ラティス形式を用い、クリスタル的対称性を保存するとともに、離散化誤差を低減する。
• ハイブリッド作用形式を用いて、非極化、ヘリシティ、横極化分布のtwist-2行列要素を摂動的反転規格化する。
• 部分的ブリッジング1ループクリスタル的摂動論を用いて、物理的π中間子質量への外挿を実施。MILC配置から得られたデータ（π中間子質量が359 MeVまで低下）を用いる。
• 一般化フォーム因子および電磁フォーム因子を、局所的演算子の行列要素としてラティス上に計算し、オペレータ積展開を用いて光線速度分布と関連付ける。
• Jiの和則分解を実行し、A20およびB20フォーム因子からバリオンスピンへのクォークスピン（ΔΣ）および軌道的角運動量（Lq）寄与を抽出する。
• ラティス結果を実験データおよび一般化部分子分布の物性的フィットと比較し、特に低π中間子質量におけるA30/A10比について検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 混合作用ラティスフレームワークにおいて、1ループクリスタル的摂動論を用いて、バリオン構造観測量を物理的π中間子質量へ信頼性を持って外挿できる範囲はどの程度か？
• RQ2 ラティス上で計算された非極化、ヘリシティ、横極化部分子分布のモーメントは、実験データおよび物性的モデルとどの程度一致するか？
• RQ3 クォークの軌道的角運動量はバリオンスピンにどの程度寄与するか？また、クリスタル的領域におけるπ中間子質量の変化に伴い、その寄与はどのように変化するか？
• RQ4 特にA30/A10比に関して、一般化フォーム因子のラティス結果は物性的パラメータ化および実験的トレンドとどの程度一致するか？
• RQ5 ドメインウォール価価クォークと改良ステガード海クォークを用いた混合作用アプローチは、物理的極限におけるバリオン構造の定量的かつ信頼性の高い記述を可能にするか？

主な発見

• 軸性電荷 $g_A$ は実験と良好な一致を示し、混合作用フレームワークが定量的ラティスQCDの信頼性のある枠組みであることを裏付けた。
• 部分子分布のモーメントおよび電磁フォーム因子は、物理的π中間子質量への一貫性あるクリスタル的外挿が得られ、実験データおよび物性的フィットと一致した。
• バリオンスピン分解の結果、クォークの軌道的角運動量寄与が顕著に寄与しており、物理的点において $L^{u+d}$ は約32%に達し、クォークスピン寄与とバランスをなしていることが明らかになった。
• $u-d$ および $u+d$ 組み合わせの $A_{30}/A_{10}$ の比は、低π中間子質量で1から著しく逸脱しており、高運動量分率 $x$ におけるバリオンの横断的サイズが縮小していることを示唆しており、物性的モデルと整合的である。
• $m_\pi \approx $ 359 MeV における $A_{20}^{u+d}(0)$ および $B_{20}^{u+d}(0)$ のラティス結果は、非ゼロの軌道的角運動量寄与を支持しており、物理的点において $L^{u+d} \approx 0.32$ である。
• 本研究は、混合作用フレームワークがクリスタル的領域の深くまで到達する一般化フォーム因子の高精度計算を可能にすることを示した。これにより、将来的に一般化部分子分布を決定するためのラティスQCDと実験の協調的関係が実現可能となる。