[논문 리뷰] Electromagnetic polarizabilities of nucleons in QCD string theory

S. I. Kruglov|arXiv (Cornell University)|1999. 10. 27.

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한 줄 요약

이 논문은 비대칭 쿼크-디쿠ォ크 구조와 직선 형태의 스트링을 가진 QCD 스트링 이론을 사용하여 약력장 이론에서 약한 외부 필드에 대한 섭동 이론을 적용해 양성자와 중성자의 전자기 극화도를 유도한다. 이는 각각 전기 극화도 약 10×10⁻⁴ fm³, 이형자극극화도 약 −8×10⁻⁴ fm³, 자화극화도 약 10⁻⁴ fm³로 예측하며, 비상대론적 쿼크 모델에서 관찰되는 자화위 crise 문제를 해결한다.

ABSTRACT

The effective action for baryons in external electromagnetic fields is found on the basis of QCD string theory. The area law for large Wilson loops is implied and we use the same string tension as for mesons to have a slope of baryon trajectories considing with the slope of meson traectories. The asymmetric quark-diquark structure of nucleons is accepted and the approximation of straight-line strings is used.The mean distances between quarks are estimated using the virial theorem. We calculate the electric and diamagnetic polarizabilities of a proton $\\bar{\\alpha}_p= 10\ imes 10^{-4} fm^3$, $\\beta_p^{dia}=-8\ imes 10^{-4} fm^3$ and neutron fm^3$ on the basis of the perturbative theory in small external electromagnetic fields. Using the $\\Delta$ contribution to the paramagnetic polarizability of the nucleons, the reasonable values of magnetic polarizabilities 10^{-4} fm^3$ are estimated. As a result there is no magnetic crisis as one occures in the nonrelativistic quark model.

연구 동기 및 목표

• 메존 궤적과 일치하는 일관된 스트링 장력을 사용하여 쿼크-디쿠ォ크 구조를 가진 QCD 스트링 이론을 통해 양성자 극화도를 유도하는 것.
• 비상대론적 쿼크 모델에서 관찰되는 자화위 문제를 해결하기 위해, 매개자 극화도에 Δ 공진성 기여를 포함하는 것.
• 직선 스트링을 가진 비대칭 쿼크-디쿠ォ크 시스템으로 양성자를 모델링하여 비틀림 정리로 쿼크 간 거리를 추정하는 것.
• 약한 외부 전자기장에서 전기, 이형자, 자화극화도를 섭동 이론으로 계산하는 것.
• 메존 시스템과 동일한 스트링 장력을 사용하여 바리온 궤적 기울기가 메존 궤적 기울기와 일치하도록 보장하는 것.

제안 방법

• 큰 윌슨 루프의 면적 법칙을 사용하여 바리온을 쿼크-디쿠ォ크 구조를 가진 스트링으로 모델링하는 QCD 스트링 이론을 채택하는 것.
• 바리온 궤적 기울기가 메존 궤적 기울기와 일치하도록 메존에서와 동일한 스트링 장력을 사용하는 것.
• 스트링 모델 내에서 양성자 내 평균 쿼크-디쿠ォ크 거리를 추정하기 위해 비틀림 정리를 적용하는 것.
• 작은 외부 필드에 대한 섭동 이론을 사용하여 바리온의 효과적 작용을 외부 전자기장에서 기술하는 것.
• 자화극화도를 추정하기 위해 매개자 극화도에 Δ 공진성 기여를 포함하는 것.
• 외부 필드 강도에 대한 섭동 전개를 사용하여 전기, 이형자, 자화극화도를 스트링 모델로 구하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 쿼크-디쿠ォ크 구조를 가진 QCD 스트링 이론으로부터 유도된 양성자와 중성자의 전자기 극화도는 무엇인가?
• RQ2 Δ 공진성 기여가 양성자에서 자화극화도 추정에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ3 메존에 사용된 스트링 장력을 바리온에 일관되게 적용하여 관측된 바리온 궤적 기울기를 재현할 수 있는가?
• RQ4 QCD 스트링 모델은 비상대론적 쿼크 모델에서 관찰되는 자화위 문제를 해결하는가?
• RQ5 이 스트링 이론 프레임워크 하에서 양성자의 전기 및 이형자극극화도의 정량적 값은 무엇인가?

주요 결과

• 양성자 전기 극화도는 $\bar{\alpha}_p = 10 \times 10^{-4} \, \text{fm}^3$로 계산된다.
• 양성자 이형자극극화도는 $\beta_p^{\text{dia}} = -8 \times 10^{-4} \, \text{fm}^3$로 발견된다.
• Δ 공진성 기여를 통해 양성자의 자화극화도는 약 $10^{-4} \, \text{fm}^3$로 추정된다.
• 상대론적 스트링 역학을 포함함으로써 비상대론적 쿼크 모델에서 관찰되는 자화위 문제를 성공적으로 피하는 모델이다.
• 일관된 스트링 장력을 가진 쿼크-디쿠ォ크 스트링 모델은 메존 궤적 기울기와 일치하는 바리온 궤적 기울기를 재현한다.
• 비틀림 정리를 사용하여 평균 쿼크-디쿠ォ크 거리를 추정함으로써 모델의 내부 구조 가정을 뒷받침한다.