[論文レビュー] Photon-pion transition form factor: BABAR puzzle is cracked

A. E. Dorokhov|arXiv (Cornell University)|Mar 24, 2010

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、非摂動的QCD力学が、パイオン遷移形式因子の2つの異なる漸近的領域をもたらすことを示すことによって、BABARのパズルを解消する。それは標準的な 1/Q² の振る舞いと、対数的に強化された ln(Q²)/Q² の領域である。動的クォーク質量 Mq ≈ 125 MeV および小さな非局所性スケール Λ ∼ 0.01 GeV⁻² を持つ非局所的チャーミカルクォークモデルを用いて、CELLO、CLEO、BABAR のデータをうまく記述でき、これは、凍結されたQCD進化と整合する平坦なパイオン分布振幅を示している。

ABSTRACT

Recently, the BABAR collaboration published (arXiv:0905.4778) data for the photon-pion transition form factor $F_{πγγ^{\ast}}(Q^{2})$, which are in strong contradiction to the predictions of the standard factorization approach to perturbative QCD. Immediately afterwards, two mechanisms were suggested (A.E. Dorokhov, arXiv:0905.4577; A.V. Radyushkin, arXiv:0906.0323), that logarithmically enhance the form factor asymptotics and therefore provide a qualitatively satisfactory description of the BABAR data. However, the physics of the BABAR effect was not fully clarified. In the present work, based on a nonperturbative approach to the QCD vacuum and on rather universal assumptions, we show that there exists two asymptotic regimes for the pion transition form factor. One regime with asymptotics $F_{πγ^{\ast}γ}(Q^{2})\sim1/Q^{2}$ corresponds to the result of the standard QCD factorization approach, while other violates the standard factorization and leads to asymptotic behavior as $F_{πγ^{\ast}γ}(Q^{2})\sim\ln(Q^{2})Q^{2}$. Furthermore, considering specific nonlocal chiral quark models, we find the region of parameters, where the existing CELLO, CLEO and BABAR data for the pion transition form factor are successfully described.

研究の動機と目的

• 高Q²における光子-パイオン遷移形式因子について、BABARのデータと標準的pQCD因子化予測との間の乖離を解消すること。
• 高Q²における形式因子の観察された対数的強化を引き起こす非摂動的QCDメカニズムを同定すること。
• 非局所的チャーミカルクォークモデルが、CELLO、CLEO、BABARの実験データを同時に記述できるかどうかを検証すること。
• パイオン分布振幅およびクォーク凝集体がBABARの異常を説明する役割を明確にすること。
• モデルが高運動量移行データに適合する際のQCD進化および正規化スケールの影響を評価すること。

提案手法

• クォーク-反クォーク相互作用に関する普遍的仮定に基づいて、QCD真空の非摂動的アプローチを構築する。
• 動的クォーク質量 Mq と非局所性スケール Λ をパラメータとする2パラメータの非局所的チャーミカルクォークモデルを構築する。
• α表現および Mq と Λ に依存する頂点関数を用いて、パイオン遷移形式因子を導出する。
• 異なる端点抑制条件（強い抑制 vs. 弱い抑制）におけるパイオン分布振幅 φπ(x) の振る舞いを分析する。
• CELLO、CLEO、BABAR の実験データ（Q² 範囲 4–40 GeV²）とモデル予測を比較する。
• 形式因子が ln(Q²)/Q² のように増加する領域に焦点を当て、モデルパラメータをデータに適合させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非摂動的QCD力学は、高Q²でBABARが観測したパイオン遷移形式因子の対数的強化を説明できるか？
• RQ2 パイオン分布振幅にどのような条件が満たされると、標準的な 1/Q² の振る舞いではなく ln(Q²)/Q² の漸近的振る舞いが生じるか？
• RQ3 非局所的チャーミカルクォークモデルにおいて、CELLO、CLEO、BABAR のデータを同時に記述できる特定のパラメータ領域が存在するか？
• RQ4 観察された振る舞いは、非常に低い正規化スケールを示しており、凍結されたQCD進化と整合的か？
• RQ5 クォーク凝集体および動的クォーク質量が、BABARデータへの良好な適合を達成するために果たす役割は何か？

主な発見

• モデルは2つの漸近的領域を同定した：標準的な 1/Q² の振る舞いと、パイオン分布振幅における弱い端点抑制に起因する新しい ln(Q²)/Q² の振る舞い。
• 実験データへの最良の適合には、非常に小さな不確実性を伴う動的クォーク質量 Mq ≈ 125 MeV が必要である。
• 非局所性パラメータは Λ ∼ 0.01 GeV⁻² であることが判明し、ほとんど局所的で、平坦な運動量空間レギュレータを持つモデルであることを示している。
• パイオン分布振幅は、平坦または弱く抑制された形状と整合的であり、BABARの運動量領域における ln(Q²)/Q² 漸近的振る舞いを支持している。
• モデルの成功は、非常に低い正規化スケールを示しており、以前の研究で主張された凍結QCD進化と整合的である。
• クォーク凝集体は大きく、低運動量スケールにおける強いチャーミカル対称性の破れを示しており、解が非摂動的であることを支持している。