[論文レビュー] Poincare-invariant spectator-model currents for electroweak nucleon form factors

R. F. Wagenbrunn, T. Melde+1 more|ArXiv.org|Sep 6, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、相対論的価値クォーク模型（RCQMs）におけるポincare不変なスレッター・モデル電流を、電弱核子形因子を記述するために提示する。点形式相対論的力学を用いることで、明示的な共変性と対称性制約を保証する。低〜中程度の運動量移行域において、陽子および中性子の電磁および軸形因子について、実験データと優れた一致を示す。これは、相対論的効果および適切な電流正規化が一貫性を確保するために不可欠であることを示しており、基底状態において一粒子グルーオン交換（OGE）とゴールドストーン・ボソン交換（GBE）のRCQMダイナミクスの間で、最小限の差異が生じることを示している。

ABSTRACT

The relativistic constituent quark model of low-energy quantum chromodynamics is found to yield a consistent picture of the electroweak structure of the nucleons. Notably, the electromagnetic and axial form factors of both the proton and the neutron can be described in close agreement with existing experimental data in the domain of low to moderate momentum transfers. For the theory it is mandatory to respect Poincare invariance and to fulfill additional conditions like charge normalization. Here we present covariant predictions of the one-gluon-exchange and Goldstone-boson-exchange constituent quark models for the electroweak form factors of the nucleons and give a critical discussion of the results in view of the point-form spectator model employed for the electromagnetic and axial current operators.

研究の動機と目的

• 相対論的価値クォーク模型（RCQMs）の枠組み内で、電弱核子形因子のためのポincare不変なスレッター・モデル電流の定式化を展開すること。
• 電流演算子がローレンツ不変性、並進不変性および時間反転不変性、および電荷正規化を満たすように保証すること。
• 一粒子グルーオン交換（OGE）およびゴールドストーン・ボソン交換（GBE）の2つの異なるRCQMダイナミクスからの核子形因子予測を比較すること。
• 相対論的効果および点形式スレッター・モデル（PFSM）の有効性を、非相対論的インパルス近似（NRIA）と比較して評価すること。
• すべての参考系で対称性および物理的制約を保つように、電流演算子における最適な正規化係数を特定すること。

提案手法

• 研究は、すべての参考系で遷移振幅の明示的ポincare不変性を保証する点形式相対論的力学の枠組みを採用する。
• 電流演算子は、中間ボソンが1つのクォークにのみ結合するスレッター・モデルとして構築され、3クォーク系全体で運動量移行が保存される。
• 電流の縮約行列要素は、初期および最終のバリオン質量に依存する正規化係数 $ N(x,y) $ を用いて表現され、電荷正規化および時間反転不変性を満たすように調整される。
• 電磁電流には標準的なディラック頂点 $ e_1 \bar{u}\gamma^\mu u $ を使用するが、軸電流にはピオン極項を含み、結合定数 $ g_{A}^{q} $ および $ g_{qq\pi} $ を含む。
• 正規化係数 $ N(x,y) = \left(\frac{M}{\sum \omega_i}\right)^{xy} \left(\frac{M'}{\sum \omega'_i}\right)^{x(1-y)} $ が用いられ、$ x=3 $ は陽子電荷正規化によって固定され、$ y=1/2 $ はブライト系における時間反転不変性によって選択される。
• OGEおよびGBEの両RCQMについて計算が実施され、$ Q^2 $-依存の形因子に対してNRIAおよび実験データと比較される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RCQMsにおけるポincare不変なスレッター・モデル電流は、低〜中程度の運動量移行域において、陽子および中性子の電磁および軸形因子を正確に記述できるか？
• RQ2 OGEおよびGBEのRCQMからの核子形因子の予測は、特に基底状態において、どのように比較できるか？
• RQ3 単なるポincare不変性を超えて、相対論的効果および適切な電流正規化が、非相対論的近似と比較して実験データとの一致をどの程度向上させるか？
• RQ4 正規化係数 $ N(x,y) $ は、点形式スレッター・モデルにおける電荷正規化および時間反転不変性を確保するために果たす役割は何か？
• RQ5 シンプルな電流構造を用いているにもかかわらず、なぜPFSMアプローチが実験データと極めて良好な一致を示すのか？

主な発見

• RCQMsにおけるポincare不変なスレッター・モデル電流は、低〜中程度の $ Q^2 $ 範囲において、陽子および中性子の電磁および軸形因子について、実験データと優れた一致を示す。
• OGEおよびGBEのRCQMからの予測は、基底状態の形因子においてほとんど区別がつかず、唯一の差異は中性子の電気形因子 $ G_E^n $ のみである。これは、両モデルで類似したクォーク波動関数成分を持つことを示唆している。
• 非相対論的インパルス近似（NRIA）は完全に失敗しており、核子構造計算における相対論的効果の最重要性を強調している。
• 正規化係数 $ N(x,y) $ において $ x=3 $ および $ y=1/2 $ を採用することで、陽子電荷正規化が適切に満たされ、ブライト系における時間反転不変性も満たされる。これにより、電流演算子におけるその使用が正当化される。
• PFSM電流は、相互作用するバリオン質量に非分離的依存性を示す多体系的効果を持つが、スレッター・モデル起源であるにもかかわらず、すべての参考系ですべての対称性を維持する。
• PFSMアプローチの成功は、ポincare不変性、電荷正規化、時間反転不変性の厳密な強制に起因する。これらは、より単純なモデルでは満たされていない。