[논문 리뷰] Lattice Calculation of Parton Distribution Function from LaMET at Physical Pion Mass with Large Nucleon Momentum

Jiunn-Wei Chen, Luchang Jin외 5명|arXiv (Cornell University)|2018. 03. 12.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 40

한 줄 요약

이 논문은 물리적 피온 질량에서 LaMET으로 큰 핵자 보 boosts up to 3.0 GeV를 사용하여 unpolarized isovector PDF를 계산하고 gamma_t operator, RI/MOM renormalization, 및 one-loop matching을 적용하여 글로벌 현상학적 PDF와 합리적으로 일치하는 결과를 얻었다.

ABSTRACT

We present a lattice-QCD calculation of the unpolarized isovector parton distribution function (PDF) using ensembles at the physical pion mass with large proton boost momenta $P_z \in \{2.2,2.6,3.0\}$~GeV within the framework of large-momentum effective theory (LaMET). In contrast to our previous physical-pion PDF result, we increase the statistics significantly, double the boost momentum, increase the investment in excited-state contamination systematics, and switch to $γ_t$ operator to avoid mixing with scalar matrix elements. We use four source-sink separations in our analysis to control the systematics associated with excited-state contamination. The one-loop LaMET matching corresponding to the new operator is calculated and applied to our lattice data. We detail the systematics that affect PDF calculations, providing guidelines to improve the precision of future lattice PDF calculations. We find our final parton distribution to be in reasonable agreement with the PDF provided by the latest phenomenological analysis.

연구 동기 및 목표

• 첫 원자 수준에서 피온 질량에 따른 모멘트 이상의 x-의존성 PDFs를 lattice QCD로 결정하려는 모티베이션.
• LaMET 프레임워크를 사용하여 x-공간에서 직접 unpolarized isovector quark distribution을 추정.
• excited-state contamination 및 operator mixing과 같은 시스템atic uncertainties를 제어하여 이전 연구 대비 정밀도 향상.
• 현대 글로벌 PDF 분석과의 일치성을 입증하고 향후 lattice PDF 계산에 대한 지침을 제공.

제안 방법

• 물리적 피온 질량 대 m에 대해 a=0.09 fm, L≈5.8 fm(Nf=2+1+1 HISQ sea)인 클로버 바닐라 펀온을 사용.
• 가우시안 모멘텀 스마이어링을 사용하여 gamma_t operator 및 nucleon momenta Pz를 최대 3.0 GeV까지 계산된 quasi-PDFs.
• RI/MOM에서 비조합적으로 정규화하고 MSbar PDFs로의 직접 1-루프 매칭을 적용( RI/MOM quasi-PDF를 MSbar PDF에 연결).
• excited-state contamination를 제어하기 위해 4개의 source-sink 분리 및 다중 상태 피팅(two-sim 및 two-simRR 방법).
• Fourier transform을 x-space로의 truncation error를 줄이기 위한 derivative method (∂z h_R) 사용.
• renormalization factors의 momentum/p_zR 의존성에 대해 nucleon-mass corrections를 포함하여 논의.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LaMET를 물리적 피온 질량에서 사용하면 unpolarized isovector PDF의 x-의존성을 재현할 수 있는가?
• RQ2 gamma_t 연산자를 사용하면 gamma_z에 비해 operator-mixing 시스템적 불확실성이 감소하는가?
• RQ3 excited-state contamination 및 truncation 효과가 추출된 PDF에 어떤 영향을 주며, 다중 상태 분석은 얼마나 효과적인가?
• RQ4 물리적 피온 질량에서의 lattice에서 추출된 PDFs가 현대 글로벌 PDF 분석과 호환되는가?

주요 결과

• 물리적 피온 질량에서의 최종 isovector unpolarized PDF는 현대 현상학적 PDFs와 합리적으로 일치한다.
• gamma_t 연산자를 적용하면 gamma_z에서 발생하는 mixing 문제를 피하고 정규화 신뢰성을 향상시킨다.
• 핵자 모멘텀을 최대 3.0 GeV로 증가시키면power corrections이 감소하고 Pz 값들 간의 x-의존성이 수렴한다.
• RI/MOM에서의 정규화와 MSbar PDFs로의 1-루프 LaMET 매칭은 АН티쿼크 분포에 현저한 변화를 만들어 실험적 비대칭으로의 이동을 유도한다.
• 결과는 CT14, NNPDF3.1, CJ15와 불확실성 내에서 일치하여 글로벌 분석과의 신뢰성 있는 연결을 시사한다.
• 향후 lattice PDF 계산에서 finite-volume, truncation, higher-twist 고려를 포함한 시스템오프 uncertainties를 줄이기 위한 지침을 제공한다.