[論文レビュー] Quark Models and Quark Phenomenology

Harry J. Lipkin|ArXiv.org|Jan 18, 1993

Computational Physics and Python Applications参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、ハドロン物理学におけるクォーク模型の発展とその影響を提示しており、一グルーオン交換力による単純なクォーク模型が、ハドロンのスペクトルおよび量子数を正確に予測できることを示している。この模型は、質量、崩壊幅、電磁的性質の説明において成功を収めたが、当初は物理学者の間で懐疑的だったにもかかわらず、後にQCDによって確認された結果である。

ABSTRACT

Overwhelming experimental evidence for quarks as real physical constituents of hadrons along with the QCD analogs of the Balmer Formula, Bohr Atom and Schroedinger Equation already existed in 1966. A model of colored quarks interacting with a one-gluon-exchange potential explained the systematics of the meson and baryon spectrum and gave a hadron mass formula in surprising agreement with experiment. The simple quark model dismissed as heresy and witchcraft by the establishment predicted quantum numbers of an enormous number of hadronic states as well as relations between masses, reaction cross sections and electromagnetic properties, all unexplained by other approaches. Further developments leading to QCD included confinement in the large $N_c$ limit, duality, dual resonance and string models, high energy scattering systematics, unified treatment of mesons and baryons, no exotics and no free quarks.

研究の動機と目的

• ハドロン分光学の説明におけるクォーク模型の歴史的発展と実験的成功を提示すること。
• 初期の反発にもかかわらず、クォーク模型が多数のハドロン状態の量子数および質量関係を正しく予測したことを示すこと。
• クォーク模型の予測、たとえばハドロン質量式や電磁的性質が、QCDの初期証拠を提供したことを示すこと。
• クォーク模型がメソンとバリオンの両方を説明でき、Exotic状態を除外するという点で、QCDの重要な特徴を予言していたことを示すこと。
• クォーク模型が、実験的ハドロンデータと新たに台頭しつつあるQCD理論との間の現象論的ブリッジとして確立されること。

提案手法

• 色を持つクォークが一グルーオン交換力で相互作用するクォーク模型を構築すること。
• この模型を用いて、力の式から導かれたハドロン質量式を用いて、メソンおよびバリオンの質量スペクトルを予測すること。
• 多数のハドロン状態の量子数（スピン、パリティ、フレーバー）を予測すること。
• ハドロン質量、反応断面積、電磁行列要素の間の関係を導出すること。
• コンfinement、双対性、自由クォークおよびExotic状態の不在と整合していることを示すこと。
• 模型の予測を実験データと比較して、その正確性と予測力の妥当性を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一グルーオン交換を含む単純なクォーク模型は、ハドロンの質量および量子数をどの程度正確に予測できるか？
• RQ2 QCDとは独立して、クォークがハドロンの構成粒子として物理的に現実に存在することを裏付ける証拠は何か？
• RQ3 クォーク模型は、コンfinement や双対性といったQCDの重要な特徴を、どのように予見していたか？
• RQ4 予測の成功にもかかわらず、なぜクォーク模型は当初、物理学界から拒絶されたのか？
• RQ5 模型が予測する電磁的性質および断面積は、実験観測とどの程度一致しているか？

主な発見

• 一グルーオン交換力を持つクォーク模型は、メソンおよびバリオンのスペクトル体系を非常に高い精度で再現できた。
• 模型は実験値と数パーセントの誤差内でハドロン質量を予測でき、その予測力が裏付けられた。
• 多数のハドロン状態の量子数を正しく予測しており、多くの場合、後に観測された。
• 質量、崩壊幅、電磁行列要素の間の関係が導出され、実験と整合的であった。
• 模型は自然にExotic状態および自由クォークを除外しており、後に確立されたQCDの原則と一致した。
• この模型の成功は、QCDの完全な確認以前に、クォークが実在の物理的構成粒子であるという強い初期的証拠を提供した。