[論文レビュー] The pion-nucleon Sigma term is definitely large: results from a G.W.U. analysis of pion nucleon scattering data

M. M. Pavan, I. I. Strakovsky+2 more|ArXiv.org|Nov 6, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 36

ひとこと要約

本稿は、最新の $\pi N$ 散乱データを用いた包括的な部分波および分散関係解析を通じて、パイオン-核子スカラ項の新しい決定を提示する。解析により $\Sigma = 79 \pm 7$ MeV が得られ、標準的値の $64 \pm 8$ MeV より顕著に大きい。これは主に更新された $\pi N$ 耦合定数、狭い $\Delta$ 共鳴幅、および高精度のパイオン水素データに起因し、クーロン補正やデータベースの変動といった系統的不確かさに対しても結果は頑健である。

ABSTRACT

A new result for the pion nucleon Sigma term from a George Washington University/TRIUMF group analysis of pion nucleon data is presented. The value Sigma=79$\pm$7 MeV was obtained, compared to the canonical value 64$\pm$8 MeV found by Koch. The difference is explained simply by the PSI pionic hydrogen value for a(pi -p), the latest results for the $πNN$ coupling onstant, and a narrower Delta resonance. Many systematic effects have been investigated, including Coulomb corrections, and database changes, and our results are found to be robust. In the standard interpretation, our value of Sigma implies a nucleon strangeness fraction y/2~0.23. The implausibility of such a large strange component suggests that the relationship between Sigma and nucleon strangeness ought to be re-examined.

研究の動機と目的

• 最新の $\pi N$ 散乱データと改善された解析手法を用いて、パイオン-核子スカラ項 $\Sigma$ を再評価すること。
• 新しいデータと洗練された手法が、標準的値よりも小さいか大きいかの「スカラ項パズル」を解消できるかを検証すること。
• クーロン補正、データベース構成、共鳴幅の仮定といった系統的効果に対するスカラ項結果の頑健性を評価すること。
• 大きな $\Sigma$ が核子の奇妙クォーク内容 $y/2$ に与える影響を検討し、これは $\sim 0.23$ に達することを明らかにし、$\Sigma$ の奇妙性に関する標準的解釈に疑問を呈すること。

提案手法

• サブスレーブ $\pi N$ 振幅からスカラ項 $\Sigma_d$ を抽出するために、前方減算型分散関係法を用い、$\pi N$ 散乱データの SAID データベースを活用した。
• $\pi^{-}p$ および $\pi^{+}p$ データを用いて、ヒーパー分散関係を用いて $\pi NN$ 耦合定数 $g^2/4\pi$ を計算し、系統的バイアスを最小限に抑えた。
• Gasser-Lumsden-Low-Stern (GLLS) 法を用いて、スカラ項をサブスレーブ係数 $\bar{d}^{+}_{00}$ および $\bar{d}^{+}_{01}$ に関連付け、曲率補正 $\Delta_D = 12 \pm 1$ MeV を導入した。
• ノルディタの手続きと拡張源バリア因子を用いてクーロン補正を組み込み、パイオン原子データとの整合性を向上させた。
• 高エネルギー振幅および低エネルギー部分波に対して分散関係制約を適用し、モデル仮定への感受性をテストした。
• データベースの変更（例：CERN データを除外）、クーロン補正手法のテスト、共鳴幅およびアイソスピン分裂の調整を含む、広範な系統的チェックを実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最新の $\pi N$ 散乱データを用いた現代的解析は、標準的値の $64 \pm 8$ MeV よりもスカラ項の値を大きくするか、小さくするか？
• RQ2 最近の $\pi N$ 耦合定数および $\Delta$ 共鳴幅の測定値は、スカラ項の決定にどのように影響するか？
• RQ3 クーロン補正やデータベース構成といった系統的効果に対して、結果はどの程度感受性を示すか？
• RQ4 標準的解釈のもとで、核子の奇妙性分率 $y/2$ はどの程度の値を示すか？この値は物理的に妥当と見なせるか？
• RQ5 大きなスカラ項は現在の理論枠組み内で一貫して説明可能か、それとも $\Sigma$–奇妙性関係の再評価を必要とするか？

主な発見

• 解析により、$\pi N$ スカラ項 $\Sigma = 79 \pm 7$ MeV という新しい値が得られ、標準的値の $64 \pm 8$ MeV より顕著に大きい。
• $\pi NN$ 耦合定数は $g^2/4\pi = 13.69 \pm 0.07$ と決定され、最近の Nijmegen および TRIUMF の結果と整合的である。
• スカラ項の $\Sigma_d$ 成分は $67 \pm 6$ MeV であり、曲率補正 $\Delta_D = 12 \pm 1$ MeV であった。
• 核子の奇妙性分率は $y/2 \sim 0.23$ と推定され、標準的解釈のもとでは物理的に不自然に大きな値であるとされる。
• 系統的チェックの結果、この結果は頑健であることが示された。データベースの変更、クーロン補正、共鳴幅、部分波制約の変更による変動は、すべて $\pm 7$ MeV の誤差範囲内に収束した。
• 結果は独立した分散関係の和則および内部分散関係解析とも整合的であり、手法および結果の信頼性を支持する。