[論文レビュー] Selected results on hadron structure using state-of-the-art lattice QCD simulations

Constantia Alexandrou|arXiv (Cornell University)|Dec 12, 2015

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 25被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、物理的クォーク質量に近い状態で、ハドロン構造の主要な観測量を計算する最新の格子QCDシミュレーションを提示する。これには、核子の電荷、スピン分解、一部布関数が含まれる。物理的点における非連結クォークループ貢献の初めての組み込みが報告され、核子のスピンおよび軸性電荷に関して、実験データとの一致が著しく向上した。

ABSTRACT

We review progress on hadron structure using lattice QCD simulations at or near to physical values of the QCD parameters. In particular, we discuss recent results on hadron masses, the nucleon charges, spin, gluon and quark unpolarized moments, the axial charge of hyperons, and the pion unpolarized moment.

研究の動機と目的

• QCDパラメータの物理的値に近い条件で、ベンチマーク的なハドロン構造観測量を格子QCDを用いて計算すること。
• 中間子質量が物理的値であるシミュレーションにより、ヘリカル補外を排除することで系統的不確かさを低減すること。
• これまで制御不能な近似であった、行列要素における非連結クォークループ貢献を含めること。
• 準PDFアプローチによる一部布関数の計算のための新技術を検討すること。
• 核子スピン分解と軸性電荷の高精度な結果を提供し、実験データとの比較を可能にすること。

提案手法

• 物理的中間子質量、小さな格子間隔（<0.1 fm）および複数の体積を持つ大規模な体積格子QCDアンサンブルの使用により、有限体積効果およびカットオフ効果を制御する。
• ねじれ質量、クローバー改善、ドメインウォール、ステガリングフェルミオンなど、さまざまなフェルミオン離散化法を用いて、異なる手法間の整合性を確認する。
• 干渉場のスミアリング技術を用いて、基底状態との重なりを高め、信号対ノイズ比を向上させる。
• 連結および非連結クォーク縮約を含む、行列要素の三点関数の計算。
• クォーク双線形とウィルソン線を含む行列要素を用い、物理的PDFに摂動的マッチングを施すことで、準PDF法による一部布関数の計算。
• $\mu = 2$ GeVにおける$\bar{\rm MS}$正規化スキームの実装により、格子結果を物理的観測量に一致させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 物理的点における核子スピンおよびそのクォークおよびグルーオン貢献への分解は、それぞれどのように評価されるか？
• RQ2 非連結クォーク縮約は、核子の軸性電荷およびスピン構造にどのように影響を与えるか？
• RQ3 格子QCDにおける準PDFアプローチは、核子の物理的一部布関数を正確に再現できるか？
• RQ4 物理的クォーク質量における非連結クォークループの組み込みが、ハドロン行列要素の精度に与える影響は何か？
• RQ5 現在のシミュレーションにおいて、有限体積効果およびカットオフ効果が、ハドロン構造観測量の抽出に及ぼす影響はどの程度か？

主な発見

• $a \lesssim 0.1$ fm および $m_\pi L \gtrsim 3$ の条件下で、核子質量には有限体積効果およびカットオフ効果がほとんど見られない。
• 物理的アンサンブルにおいて、核子内のグルーオン非極化モーメントは、$\mu = 2$ GeVにおける$\overline{\rm MS}$で $\langle x \rangle_g = 0.282(39)$ であることが判明した。
• 核子スピン分解は $J^{u+d} = 0.273(22)$ を得ており、$\frac{1}{2}\Delta\Sigma^{u+d} = 0.229(20)$ および $\frac{1}{2}\Delta\Sigma^{u+d+s} = 0.211(21)$ である。非連結クォークループの組み込みは、物理的点で初めて実現された。
• 核子の軸性電荷は高精度に計算され、非連結貢献を組み込むことで、実験データとの一致が著しく向上した。
• $N_f=2+1+1$のねじれ質量フェルミオンを用い、$m_\pi = 373$ MeVの条件下で、準PDF法を用いて、対称性のない一部布関数 $q^{u-d}(x)$ の最初の結果が得られた。
• 準PDFの正規化手順は摂動的マッチングを用いて実装され、発散は主値規定により取り扱われ、残存するUV発散はスケール $\mu$ に変換された。