[論文レビュー] Quark Contributions to Nucleon Momentum and Spin from Domain Wall fermion calculations

Sergey Syritsyn, J. R. Green+6 more|arXiv (Cornell University)|Nov 3, 2011

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 15被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、π中間子質量が300 MeVまで低下し、格子間隔が0.084 fmの非常に細かい格子上で、動的なドメインウォールフェルミオンを用いた格子QCDを用いて、核子の運動量およびスピンへのクォーク寄与を計算した。$u$および$d$クォークの軌道的およびスピン的角運動量が$d$クォークにおいてほぼ相殺されることを確認し、以前の結果を裏付けた。また、異なるフェルミオン作用素において一貫した一般化形式因子が得られたが、対称性破れの外挿しによる非対称運動量分率は、物性的値をわずかに上回った。

ABSTRACT

We report contributions to the nucleon spin and momentum from light quarks calculated using dynamical domain wall fermions with pion masses down to 300 MeV and fine lattice spacing a=0.084 fm. Albeit without disconnected diagrams, we observe that spin and orbital angular momenta of both u and d quarks are opposite, almost canceling in the case of the d quark, which agrees with previous calculations using a mixed quark action. We also present the full momentum dependence of n=2 generalized form factors showing little variation with the pion mass.

研究の動機と目的

• 完全に動的な$N_f=2+1$ドメインウォールフェルミオンを用いて、核子内のクォーク運動量分率およびスピン／軌道的角運動量を計算すること。
• 特に一般化形式因子（GFFs）に影響を及ぼすπ中間子質量および格子間隔の影響を評価すること。
• ドメインウォールフェルミオンの結果を、以前の混合作用素計算と比較し、一貫性の有無を検証し、潜在的な系宮的要因を同定すること。
• 非対称運動量分率$\langle x \rangle^{u-d}$のクリスタル的外挿しおよび励起状態の汚染の影響を調査すること。
• 分離されたコアレーションを省略した影響を、物性的結果および他の格子研究と比較することで、クォークスピンおよび運動量分率の抽出に与える影響を評価すること。

提案手法

• 格子間隔$a = 0.084$ fm、$m_\pi \sim 300$–$400$ MeVで、$N_f=2+1$の動的ドメインウォールフェルミオンを用いた格子QCDシミュレーション。
• $n=2$の一般化形式因子（GFFs）$A_{20}^q(Q^2)$、$B_{20}^q(Q^2)$、$C_{20}^q(Q^2)$を、クォークエネルギー運動量テンソルの行列要素から計算。
• スケール$\mu^2 \sim p^2$における非摂動的正規化に、ローマ・サントンマスRI′-MOMスキームを用いた。
• バリオンのクリスタル摂動論および$Q^2 \to 0$へのドーパールフィットを用いて、フォワードGFFのクリスタル的外挿を実施。
• ドメインウォールフェルミオンの結果を、$a \approx 0.124$ fmで$N_f=2+1$の以前の混合作用素計算と比較。
• ゼロ運動量転送におけるGFFから、クォーク運動量分率$\langle x \rangle = A_{20}(0)$および角運動量$J_q = \frac{1}{2}[A_{20}(0) + B_{20}(0)]$を抽出。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $N_f=2+1$ドメインウォールフェルミオンシミュレーションにおいて、核子内のクォーク運動量分率およびスピン／軌道的角運動量は、π中間子質量および格子間隔にどのように依存するか？
• RQ2 特に$d$クォークにおいて、核子スピンおよび運動量への$u$および$d$クォーク寄与がどの程度相殺されるか？
• RQ3 ドメインウォールフェルミオンと混合作用素フェルミオン形式との間で、一般化形式因子およびクォーク運動量分率の結果はどの程度一貫しているか？
• RQ4 非対称運動量分率$\langle x \rangle^{u-d}$のクリスタル的外挿しが物性的値を上回る理由は何か？その背後にある可能性のある要因は何か？
• RQ5 分離されたコアレーションを省略した影響は、クォークスピンおよび運動量分率の抽出に及ぼすものであり、結果の解釈にどのような影響を及えるか？

主な発見

• ドメインウォールフェルミオンを用いたシミュレーションにおいて、$d$クォークは$u$クォークよりも核子スピンに著しく寄与しない。これは、スピンと軌道的角運動量がほぼ相殺されるためである。
• $u$および$d$クォークの軌道的角運動量（OAM）は符号が反対であり、$d$クォークのOAM寄与が強く抑制されている。
• クリスタル的外挿後の非対称クォーク運動量分率$\langle x \rangle^{u-d} = 0.204(6)$は、物性的値$0.155(5)$をわずかに上回っており、クリスタル的外挿や励起状態の汚染に起因する可能性がある。
• スカラーサイクル運動量分率$\langle x \rangle^{u+d}$は物性的結果とよく一致しており、分離されたコアレーションが小さいことが示唆され、以前の観察と整合的である。
• 一般化形式因子はπ中間子質量にほとんど依存せず、$Q^2 \to 0$への外挿の信頼性および異なる$m_\pi$における結果の安定性を支持している。
• ドメインウォールフェルミオンの結果は、以前の混合作用素計算と非常に近い値を示しており、異なるフェルミオン作用素および格子パラメータ間で、結果の堅牢性が確認された。