[論文レビュー] On Mass and Matter

Craig D. Roberts|arXiv (Cornell University)|Jan 20, 2021

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、量子色力学（QCD）における陽子質量の起源を調査し、ヒッグス機構ではなくグルーオンの自己相互作用と動的質量生成によって生じると主張している。非摂動的QCD手法を用いて、$J/\psi$スケールにおけるパイオングルーオンおよびカイオンの分布振幅と関数を予測し、陽子質量の98％以上がクォーク質量ではなくQCDのダイナミクスに起因することを明らかにした。

ABSTRACT

The visible Universe is largely characterised by a single mass-scale; namely, the proton mass, $m_p$. Contemporary theory suggests that $m_p$ emerges as a consequence of gluon self-interactions, which are a defining characteristic of quantum chromodynamics (QCD), the theory of strong interactions in the Standard Model. However, the proton is not elementary. Its mass appears as a corollary of other, more basic emergent phenomena latent in the QCD Lagrangian, e.g. generation of nuclear-size gluon and quark mass-scales, and a unique effective charge that may describe QCD interactions at all accessible momentum scales. These remarks are explained herein; and focusing on the distribution amplitudes and functions of $π$ and $K$ mesons, promising paths for their empirical verification are elucidated. Connected therewith, in anticipation that production of $J/ψ$-mesons using $π$ and $K$ beams can provide access to the gluon distributions in these pseudo-Nambu-Goldstone modes, predictions for all $π$ and $K$ distribution functions are provided at the scale $ζ=m_{J/ψ}$.

研究の動機と目的

• 陽子質量の起源を説明すること。これは、その質量が構成クォーク質量の合計を98％以上も上回るが、これは量子色力学（QCD）における動的効果に起因する。
• 非摂動的QCD現象（例えば、動的グルーオンおよびクォーク質量生成、有効電荷）がどのように陽子質量スケールを生じさせるかを調査すること。
• パイオンおよびカイオンの分布振幅と関数の予測フレームワークを提供し、QCDの非摂動的構造の実験的検証を可能にすること。
• $\pi$および$K$ビームを用いた$J/\psi$生成を通じて、擬スカルム・ゴールドストーンメソン内のグルーオン分布をプローブする可能性を検討すること。
• コンfinement（クォークの束縛）、質量ギャップ生成、ハドロン質量の出現を、QCDにおける動的質量関数を通じて結びつけること。

提案手法

• SU(3)ゲージ対称性とグルーオンの自己相互作用を基本的質量生成源とする非摂動的QCDラグランジュアンを用いる。
• ドイソン＝シュヴィンガー方程式および関数的ランダム化群技法を用いて、ドレスドクォークおよびグルーオン伝播関数と質量関数を計算する。
• チャーミカル対称性の制約を用いたベーテ＝サルピーター振幅のモデルを用いて、$\pi$および$K$メソンの分布振幅と関数を導出する。
• 数値結果にフィットした係数と指数を用いたべき乗則形によるグルーオンおよび海クォーク分布のパラメータライゼーションを実装する。
• $K$と$\pi$メソンの分布関数比を計算し、ヒッグス効果を分離する。正規化は運動量和則によって固定する。
• $J/\psi$生成スケール（$\zeta = 3.1\,\text{GeV}$）を予測の基準スケールとして用い、実験的アクセス可能性を保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 陽子質量はヒッグス機構ではなくQCDのダイナミクスからどのように生じるのか？
• RQ2 グルーオンの自己相互作用と動的質量生成は、陽子質量スケール形成にどのように寄与するのか？
• RQ3 どのようにして$J/\psi$エネルギー スケールにおける$\pi$および$K$メソンの分布振幅と関数を予測できるか？
• RQ4 ヒッグスボソンがクォークに及ぼす結合は、高運動量分率において$\pi$および$K$メソンの構造をどの程度変化させるか？
• RQ5 $\pi$および$K$ビームにおける$J/\psi$生成を通じて、擬スカルム・ゴールドストーンメソン内のグルーオン分布に実験的にアクセス可能か？

主な発見

• 陽子質量の98％以上が、ヒッグスによって生成される現在クォーク質量ではなく、非摂動的QCDダイナミクスに起因する。
• パイオンのグルーオン分布は中間的運動量分率で顕著であり、分布振幅にピーク構造が確認される。
• $K$と$\pi$の分布関数比は、$x=1$で33％の差を示す。これはストレンジクォーク質量とヒッグス結合に起因する。
• パイオンにおけるグルーオンおよび海クォーク分布のパラメータライゼーションは、フィットされた係数と指数を用いた5つのべき乗則項で、数値結果と良好に一致する。
• $K/\pi$比の海クォーク分布は非自明な運動量依存性を示し、$x=1$で1から約33％のずれを示す。
• $K/\pi$比において、零運動量における強い結合定数の不確かさが相殺され、実験的比較に向けたモデルの予測力が向上する。