[논문 리뷰] ``Electromagnetic'' Answer to the Nucleon Spin Puzzle

Douglas Singleton|arXiv (Cornell University)|1997. 10. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 3인용 수 3

한 줄 요약

논문은 양성자의 스핀에서 비틀림 쿼크가 기여하지 못하는 부분이 쿼크 전하와 자석 이배극 간의 상호작용으로 생성된 전자기장 운동량모멘트에서 기인할 수 있다고 제안한다. 주어진 추정치에 따르면 이 전자기장 운동량모멘트는 양성자의 스핀에 상당한 기여를 할 수 있으며, 이와 유사한 메커니즘이 색전하와 색자석 이배극 간의 상호작용을 통해 QCD 내에서도 존재할 수 있다.

ABSTRACT

A possible resolution to the question of where the nucleon gets some portion of its internal angular momentum, not carried by the valence quarks, is given in terms of the electromagnetic field angular momentum of the nucleon. This field angular momentum is similiar in origin to that of the Thomson dipole (an electric charge and a magnetic monopole), but arises from the interaction of the quark electric charges and magnetic dipoles. Rough, order of magnitude calculations show that such a field angular momentum could provide some of the nucleon's spin. Under certain assumptions QCD should also exhibit a similiar field angular momentum coming from the interaction of color charges with color magnetic dipoles.

연구 동기 및 목표

• 비틀림 쿼크를 초월한 운동량모멘트의 기원을 규명하여 오랫동안 남아있던 양성자 스핀 수수께끼를 해결하는 것.
• 쿼크 전하와 자석 이배극에서 기인하는 전자기장 운동량모멘트가 양성자의 스핀 일부를 설명할 수 있는지 탐색하는 것.
• 색전하와 색자석 이배극 간의 상호작용으로부터 유사한 운동량모멘트 메커니즘이 QCD 내에 존재할 수 있는지 조사하는 것.
• 전자기적 유사성에 기반한 정성적이나 물리적으로 타당한 설명을 통해 부족한 스핀을 설명하는 것.

제안 방법

• 쿼크의 전하와 자석 이배극을 고려하여 전자기장 운동량모멘트를 계산하기 위해 양성을 쿼크 시스템으로 모델링하는 것.
• 전하와 자석 단극이 운동량모멘트를 생성하는 톰슨 이배극 유사법을 사용하여 양성자 내 전자기장 운동량모멘트를 추정하는 것.
• 전기장 운동량모멘트 기여의 크기를 평가하기 위해 근사적인 주요 순서 추정을 수행하는 것.
• 색전하와 색자석 이배극 간의 상호작용이 유사한 운동량모멘트 기여의 원천이 될 수 있음을 고려하여 이론을 QCD에 확장하는 것.
• 대칭성과 장론적 추론을 적용하여 양성자 강력상호작용 이론 내에서 이러한 운동량모멘트가 타당한지 논증하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 쿼크 전하와 자석 이배극에서 기인하는 전자기장 운동량모멘트가 양성자의 측정 가능한 비율의 스핀을 설명할 수 있는가?
• RQ2 전자기장에서 기인하는 운동량모멘트는 비틀림 쿼크가 지닌 스핀과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 색전하와 색자석 이배극 간의 상호작용에서 기인하는 QCD의 전자기장 운동량모멘트 유사 메커니즘이 존재하는가?
• RQ4 합리적인 가정 하에 양성자 내 전자기장 운동량모멘트의 주요 순서는 어느 정도인가?

주요 결과

• 쿼크 전하와 자석 이배극 간의 상호작용에서 기인하는 전자기장 운동량모멘트는 양성자의 스핀에 상당한 기여를 할 수 있는 주요 순서의 크기를 갖는 것으로 추정된다.
• 이 메커니즘은 전하와 자석 단극이 운동량모멘트를 생성하는 톰슨 이배극과 유사하여, 부족한 스핀의 물리적으로 타당한 기원을 시사한다.
• 이 모델은 이러한 장 운동량모멘트가 비틀림 쿼크가 지닌 스핀 외의 양성자 스핀 일부를 설명할 수 있음을 시사한다.
• 색전하와 색자석 이배극 간의 상호작용에서 기인하는 유사한 장 운동량모멘트 메커니즘이 QCD 내에 존재할 수 있다.