[論文レビュー] Progress in hadron structure physics on the lattice

Philipp Hägler|ArXiv.org|Nov 6, 2007

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 20被引用数 4

ひとこと要約

このレビューは、ハドロン構造における格子QCD計算の最近の進展を要約し、陽子およびπ中間子の形因子、一部布関数、一般化部分布関数に焦点を当てている。すべての全状態伝播関数と部分的ねじれ境界条件といった高度な技術を用いることで、π中間子質量が300 MeVまで低下した状態でも高精度を達成し、π中間子におけるクォークスピン–座標相関が強く、陽子におけるアップクォークスピンの支配的寄与を確認したが、非接続クォーク図は依然として主要な不確実性要因である。

ABSTRACT

This is a review of progress in hadron structure physics from lattice QCD. Recent results on the structure of the nucleon and the pion in terms of (transition) form factors, moments of distribution amplitudes and (generalized) parton distribution functions are presented. These observables allow us to investigate a number of fundamental physics questions related to e.g. the distribution of charge and momentum in hadrons, the spin structure of the nucleon and the pion, and correlations between spin, orbital angular momentum and coordinate degrees of freedom. Chiral extrapolations of selected lattice results are presented and compared to results from experiment and phenomenology. We conclude that lattice simulations already today strongly contribute to our understanding of the structure of hadrons.

研究の動機と目的

• 形因子および一部布関数の高精度な格子QCD計算を通じて、ハドロン構造の理解を深めること。
• 一般化部分布関数（GPD）を用いて、陽子およびπ中間子におけるクォークの空間的およびスピン構造を調査すること。
• 非接続クォーク折りたたみとクリスタル的外挿が、陽子スピンおよび運動量分率に与える影響を評価すること。
• 特に軸性結合定数および電気感受率に関して、格子計算結果を実験データおよび物性論と比較すること。
• 非局所的演算子およびインパクトパラメータ空間密度が、ハドロンにおけるスピン–座標相関を明らかにする役割を調査すること。

提案手法

• π中間子質量が300 MeVにまで低下した状態での、動的フェルミオンと改良された作用素を用いた格子QCDシミュレーション。
• 全状態伝播関数と部分的ねじれ境界条件を用いて、行列要素の信号対ノイズ比を向上させること。
• 2点および3点相関関数から、一部布関数のモーメントおよび一般化形因子を抽出すること。
• 光線面演算子およびゲージ不変なウィルソン線を用いて、スピンおよび運動量構造が増加する局所的演算子の行列要素を定義すること。
• クリスタル的有効場理論（ChEFT）を用いて、物理的点へのクリスタル的外挿を実施すること。
• GPDのフーリエ変換によりインパクトパラメータ空間密度を導出し、スピンと座標自由度の間の空間的相関を明らかにすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非接続クォーク折りたたみを含めた場合、陽子内におけるクォーク運動量およびスピン分布はどのように変化するか？
• RQ2 π中間子内における横方向に偏光したクォークの空間的分布はどのようなものか。また、スピン–座標相関はどのように現れるか？
• RQ3 軸性結合定数および運動量分率に関する格子計算結果は、実験および物性論とどの程度一致するか？
• RQ4 ChEFTに基づくクリスタル的外挿は、格子ハドロン構造計算における系統的不確実性をどの程度低減できるか？
• RQ5 テンソルおよびベクトル一般化部分布関数は、π中間子のスピン構造および横方向運動量相関を記述するために果たす役割は何か？

主な発見

• 陽子内におけるアップクォークスピン分率が、全スピンを支配しており、全クォーク寄与がアップクォーク寄与のみで100％に近づくことが判明した。
• 格子計算結果は、π中間子内における横方向スピンを持つクォークの空間的歪みが顕著であることを示しており、s⊥ × b⊥相関が顕著であることを示唆している。
• π中間子のベクトルおよびテンソルGPDの最低次のモーメントは、非自明なスピン構造を示しており、大きな負のボア＝ムルダース関数は、強い内部横方向運動量–スピン相関があることを示している。
• 陽子の軸性ベクトル結合定数gAは、格子シミュレーションでよく再現されており、実験値と整合的であるが、重要な結果では非接続折りたたみが未計算のままである。
• ChEFTを用いたクリスタル的外挿が、物理的π中間子質量に近づくに従い、系統的不確実性を低減するために不可欠であることが示された。
• 格子計算における平均二乗電荷半径は一貫して低く保たれており、実験データとの間で持続的な矛盾を示唆している。