[論文レビュー] Quark Asymmetries and Intrinsic Charm in Nucleons

Johan Alwall|ArXiv.org|Aug 11, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、ガウス型の運動量フラクチュエーションとハドロン的海のフラクチュエーション（例：pπ⁰、nπ⁺、ΛK）に基づく、摂動的でない陽子構造のモデルを提案する。このモデルは、クォーク非対称性と内在的チアリオンを自然に説明でき、大ｘにおけるEMCのチアリオン構造関数の過剰をうまく再現し、標準模型を超える新しい物理を必要とせずにNuTeV異常を解消できるだけの大きさのストレンジ海の非対称性を予測する。

ABSTRACT

We have developed a physical model for the non-perturbative x-shape of parton density functions in the proton, based on Gaussian fluctuations in momenta, and quantum fluctuations of the proton into meson-baryon pairs. The model describes the proton structure function and gives a natural explanation of observed quark asymmetries, such as the difference between the anti-up and anti-down sea quark distributions and between the up and down valence distributions. We find an asymmetry in the momentum distribution of strange and anti-strange quarks in the nucleon, large enough to reduce the NuTeV anomaly to a level which does not give a significant indication of physics beyond the standard model. We also consider charmed fluctuations, and show that they can explain the excess at large x in the EMC F2c data.

研究の動機と目的

• 任意のパrameterizationを越える物理的に妥当な陽子パートン分布関数のモデルの構築を目的とする。
• 観測されたクォーク非対称性、たとえば$\bar{d}/\bar{u}$比や$s$-$\bar{s}$非対称性の説明を目的とする。
• 内在的チアリオンによる大$x$におけるEMCの$F_2^c$データの過剰を説明することを目的とする。
• 標準模型を超える物理を必要とせず、$s$-$\bar{s}$非対称性が非ゼロである場合にNuTeV異常を説明できるかどうかをテストすることを目的とする。

提案手法

• 陽子サイズと不確定性原理に基づいて導かれる幅を持つガウス波動関数を用いて、バリオンクォークの運動量分布をモデル化する。
• ハドロン的フラクチュエーション（例：$|p\pi^0\rangle$、$|n\pi^+\rangle$、$|\Lambda K\rangle$）を用いて海クォークを記述し、個別のガウス幅と正規化係数を導入する。
• 運動的制約（$0 < x < 1$）を満たすように、モンテカルロ積分を用いて$x$分布を計算する。
• 低スケール$Q_0 = 0.75\,\text{GeV}$から始める次近似の摂動的QCDの進化を適用する。
• グローバルデータセット（$F_2$構造関数、$\bar{d}/\bar{u}$非対称性、$W^\pm$電荷非対称性、ストレンジ海データ）に合わせて、モデルパラメータ（ガウス幅、正規化係数）をフィッティングする。
• 内在的チアリオンを$|\Lambda_C \bar{D}\rangle$および$|p J/\psi\rangle$フラクチュエーションを介して扱い、正規化係数を$1/\Delta M_{BM}$または$1/\Delta M_{BM}^2$に比例させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ガウス型運動量フラクチュエーションとハドロン的海状態に基づく非摂動的モデルは、陽子の海クォークにおける観測された$\bar{d}/\bar{u}$非対称性を説明できるか？
• RQ2 このモデルは、NuTeV測定と整合する大きさの$s$-$\bar{s}$運動量非対称性を予測するか。それにより、標準模型内でのNuTeV異常の解消が可能か？
• RQ3 新しい物理を必要とせず、EMCの$F_2^c$データにおける大$x$領域の過剰をモデルが説明できるか？
• RQ4 陽子内の内在的チアリオン分布の形状と正規化はどのようなものか。既存のモデルと比較するとどうなるか？
• RQ5 チャームハドロンフラクチュエーションの正規化の選び方に、結果がどれほど敏感か？

主な発見

• モデルは、形状パラメータ4つと正規化係数3つを用いたグローバルフィッティングにより、$F_2$構造関数と$\bar{d}/\bar{u}$非対称性データをうまく再現した。
• 予測された$s$-$\bar{s}$非対称性は、標準模型を超える物理を必要とせずにNuTeV異常を解消するのに十分な大きさである。
• EMCの大$x$領域における$F_2^c$の過剰は、形状が一致する内在的チアリオン成分によって説明され、最良のフィットで0.45%の内在的チアリオンが得られた。
• このモデルにおける内在的チアリオン分布は、以前のモデルとは異なる形状を示し、同じ正規化係数を用いた場合、BrodskyらのモデルよりもEMCデータに適合する。
• このモデルによる$W^\pm$電荷非対称性の予測は、$p\bar{p}$衝突のデータと整合しており、$u$および$d$バリオンクォーク分布の相対的幅が妥当であることを検証した。
• フラクチュエーションの正規化に依存する感度は低く、内在的チアリオン成分は、正規化が$1/\Delta M_{BM}$に比例するか$1/\Delta M_{BM}^2$に比例するかによって、0.18%から0.9%の範囲で推定された。