[論文レビュー] Partonic Picture of Generalized Transverse Momentum Distributions

Simonetta Liuti, Aurore Courtoy+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2013

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、陽子内のクォークの軌道的角運動量（OAM）が、長らく励起次数1のハード散乱過程ではアクセス不能であるとされてきたが、一般化された横運動量分布（GTMD）における励起次数3の寄与を通じてのみ探査可能であると主張している。パリティ制約とスピン構造を考慮したクォーク-陽子散乱の分析により、著者らは $F_{14}$ のようなGTMD——以前はOAMを表すと考えられていた——が励起次数1では観測不能であり、励起次数3にのみ現れ、深くバリオン散乱（DVCS）における測定可能な物理量と関連することを示している。

ABSTRACT

We argue that due to parity constraints, the helicity combination of the purely momentum space counterparts of the Wigner distributions -- the generalized transverse momentum distributions -- that describes the configuration of an unpolarized quark in a longitudinally polarized nucleon, can enter the deeply virtual Compton scattering amplitude only through matrix elements involving a final state interaction. The relevant matrix elements in turn involve light cone operators projections in the transverse direction, or they appear in the deeply virtual Compton scattering amplitude at twist three. Orbital angular momentum or the spin structure of the nucleon was a major reason for these various distributions and amplitudes to have been introduced. We show that twist three contributions to deeply virtual Compton scattering provide observables related to orbital angular momentum.

研究の動機と目的

• 陽子構造におけるクォークの軌道的角運動量（OAM）の物理的可観測性を解明すること、特にGTMDとの関係において。
• パリティとスピン構造の制約がクォーク-陽子散乱における独立なGTMDの数を制限する役割を明確にすること。
• 陽子スピン和則におけるOAM寄与が励起次数1ではなく、励起次数3でのみ現れることを示すこと。
• 励起次数3のGTMDを深くバリオン散乱（DVCS）における測定可能な物理量と結びつけること。
• JiとJaffe-Mandelstamによる陽子スピンの分解を統合し、両方のOAM成分が励起次数3に現れることを示すこと。

提案手法

• パリティ、時間反転、ヘルミート性の制約の下で、中心系フレームにおけるGTMDのスピン構造を分析すること。
• Jacob-Wick形式を用いて、2体クォーク-陽子散乱における独立なスピン振幅の数を16から8に削減すること。
• OAMと関連すると以前に考えられていたGTMD、たとえば $F_{14}$ や $G_{11}$ がパリティ反対性を破り、励起次数1では消えることの特定。
• ライトコン回路量子化と $u$-チャンネルのクォーク-陽子散乱を用い、固定された歪み（$ ilde{ heta}=0$）におけるGTMDの運動量構造を導出すること。
• PolyakovとHattaが導出した和則を用いて、DVCS振幅における励起次数3の寄与とOAM成分を結びつけること。
• JiとJaffe-Mandelstamによる陽子スピンの分解を比較し、両方のOAM項が本質的に励起次数3の物理量であることを示すこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ $F_{14}$ のような特定のGTMDは、モデルでは非ゼロであっても物理的でないとされるのか？
• RQ2 パリティとスピン構造の制約が、クォーク-陽子散乱において独立なGTMDの数を16から8に減らす仕組みは何か？
• RQ3 深くバリオン散乱のようなハード排他的過程で、クォークの軌道的角運動量（OAM）をアクセス可能か？
• RQ4 陽子スピン和則におけるOAM寄与の励起次数構造は何か？ そして、測定可能なGTMDとどのように関連するか？
• RQ5 JiとJaffe-Mandelstamによる陽子スピンの分解は、GTMDにおける励起次数3の分布とどのように関係するか？

主な発見

• 以前はクォークの軌道的角運動量の代理とされたGTMD $F_{14}$ はパリティが奇数であり、励起次数1では消えるため、標準的なハード散乱過程では観測不能である。
• 中心系フレームにおけるパリティと運動論的制約の下で、クォーク-陽子散乱には独立なスピン振幅が8つしか存在せず、励起次数1では16のGTMDが8つに削減される。
• 陽子スピン和則における軌道的角運動量（OAM）寄与は、励起次数3でのみ現れ、励起次数1では現れず、したがって標準的なGPDやTMD形式ではアクセス不可能である。
• Polyakovの和則で定義された励起次数3のベクトル成分 $G_2^q(x,0,0)$ は、クォークOAMの2次モーメントに相当し、DVCS実験によって測定可能である。
• JiとJaffe-Mandelstamによる陽子スピンの分解の両方において、OAM項は本質的に励起次数3の物理量であることが確認され、OAMが励起次数1ではアクセス不可能であることが裏付けられた。
• 最近のJefferson Labの測定結果は、すでにこれらの励起次数3の物理量に感度を持っている可能性があり、クォークOAMを実験的に探査する道筋を提供している。