[論文レビュー] Strange quark content of the nucleon

Ronald Babich, Richard C. Brower+4 more|ArXiv.org|Jan 28, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 13被引用数 6

ひとこと要約

このラティスQCD研究では、非等方的格子上の動的ウィルソンフェルミオンを用いて、バリオンの strange クォーク内容を、分離型図式に注目して計算している。主な結果は、補正済み strange スカラー行列要素 $ f_{Ts} = 0.51(8)(3) $ の決定であり、これはダークマター直接検出断面積において重要である。

ABSTRACT

We discuss the calculation of disconnected diagrams needed for determining the strange quark content of the nucleon on the lattice. We present results for the strange scalar form factor and the related parameter f_Ts, which enters into the cross-section for the scattering of dark matter off nuclei in supersymmetric extensions of the standard model. In addition, we present results for the strange contribution to the nucleon's axial and electromagnetic form factors. The calculations were performed with two dynamical flavors of Wilson fermions on a 24^3 x 64 anisotropic lattice with a_s = 3a_t = 0.11 fm and M_pi ~ 400 MeV.

研究の動機と目的

• 動的フェルミオンを用いたラティスQCDにより、バリオンの strange クォーク内容を計算すること。
• バリオン形因子計算における分離型クォーク縮約の課題に取り組むこと。
• ダークマター直接検出モデルにおける主要パラメータである $ f_{Ts} $ の正確な推定を行うこと。
• ニュートリノ散乱および陽子スピンの謎に関連する strange 軸性形因子 $ G_A^s(Q^2) $ を決定すること。
• 計算におけるフィッティング窓および有限体積効果からの系統的不確実性を評価すること。

提案手法

• 2つの動的フェルミオンのウィルソンフェルミオンを用いたラティスQCDシミュレーション。$ 24^3 \times 64 $ の非等方的格子で、$ a_s \approx 3a_t \approx 0.11 $ fm および $ M_\pi \approx 400 $ MeV。
• 分離型図式における統計的ノイズ低減のため、真空差し引き電流挿入を用いる。
• 運動量空間スメアリングおよびソース・サニーサンの分離を用いた三つ点関数による形因子の抽出。
• 二つ点関数のフィッティングによりエネルギー準位および係数を抽出し、三つ点関数の縮約における形因子の投影に用いる。
• 統計誤差の推定のため、全フィッティング手順にジャックナイフリサンプリングを適用する。
• 対称的なフィッティング窓 $ (t - t') = (t' - t_0) $ を用いるが、非対称なフィットがさらに誤差を低減すると予想される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 動的フェルミオンを用いたラティスQCDにおいて、ゼロ運動量転送における strange スカラー形因子 $ G_S^s(0) $ の値は何か？
• RQ2 ゼロおよび非ゼロ運動量転送における strange 軸性形因子 $ G_A^s(Q^2) $ の振る舞いは何か？また、ゼロと一致するか？
• RQ3 $ f_{Ts} = \frac{m_s \langle N|\bar{s}s|N\rangle}{M_N} $ のラティス決定値は何か？また、ダークマター検出断面積に与える影響は？
• RQ4 分離型図式による strange 形因子計算における主要な系統的不確実性の要因は何か？
• RQ5 parity-violating 電子散乱およびニュートリノ実験からの実験的制約と、結果はどのように一致するか？

主な発見

• ゼロ運動量転送における strange スカラー形因子は $ G_S^s(0)_{\text{lat}} = 2.70(38) $ であり、ジャックナイフリサンプリングによる統計誤差を含む。
• 補正済み strange スカラー行列要素は $ f_{Ts} = 0.51(8)(3) $ を得る。ここで第一の誤差は統計誤差、第二の誤差はラティススケールの不確実性による。
• ゼロ運動量転送における strange 軸性形因子は $ G_A^s(0) = -0.064(25) $ であり、2.5σの有意水準でゼロとは異なる負の値である。
• $ G_A^s(Q^2) $ の運動量依存性は、調査された $ Q^2 $ 範囲全域で非ゼロかつ負の値を示し、以前のニュートリノデータと整合的である。
• ゼロ運動量転送における strange 電気形因子 $ G_E^s(Q^2) $ は、バリオンの電磁的電荷に strange クォークが存在しないことから、期待通り $ Q^2 = 0 $ で消失する。
• nonzero $ Q^2 $ における strange スカラー形因子の運動量依存性は、非自明な構造を示しており、励起状態の汚染によるプラトーの兆候は見られない。