[논문 리뷰] Light hadron spectrum and quark masses in 2+1 flavor QCD

Cp-Pacs, Jlqcd Collaborations외 17명|arXiv (Cornell University)|2005. 09. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 3인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 비다이내믹적 O(a)-개선된 윌슨 쿼크 작용과 이와사키 게이지 작용을 사용하여 2+1 flavor 라티스 QCD 시뮬레이션을 수행하여 경량 하드론 스펙트럼과 쿼크 질량을 계산한다. 메손 질량과 쿼크 질량의 연속체 극한 외삽에서 $ m_{ud}^{ar{MS}}(2~\text{GeV}) = 3.34(23)~\text{MeV} $ 및 $ m_s^{ar{MS}}(2~\text{GeV}) = 86.7(5.9)~\text{MeV} $를 도출하였으며, 실험 결과와 양호하게 일치하고 이전의 Nf=2 결과와도 일관된다.

ABSTRACT

CP-PACS and JLQCD collaborations are carrying out a joint project of the 2+1 flavor full QCD simulation. Gauge configurations are generated for the non-perturbatively $O(a)$-improved Wilson quark action and the Iwasaki gauge action using PHMC algorithm at three lattice spacings, $a\sim 0.076$, 0.010 and 0.122 fm, with a fixed physical volume $(2.0 fm)^3$. We present analysis for the light meson spectrum and quark masses in the continuum limit, which are determined using data obtained from the simulations at the two coarser lattices. Our simulations reproduce experimental values of meson masses. The ud and strange quark masses turn out to be $m_{ud}^{\bar{MS}}(μ=2 GeV)=3.34(23) MeV$ and $m_s^{\bar{MS}}(μ=2 GeV)=86.7(5.9) MeV$. We also show preliminary results at our finest lattice spacing for which simulations are still being continued.

연구 동기 및 목표

• 동적 업, 다운, 스트레인지 쿼크를 포함한 2+1 flavor QCD에서 경량 하드론 스펙트럼과 쿼크 질량을 계산하기 위해.
• 구속된 상태와 Nf=2 근사 이외의 동적 쿼크를 포함하여 라티스 QCD의 체계적 오차를 줄이기 위해.
• 비임계적 O(a)-개선된 작용과 다수의 라티스 간격을 사용하여 연속체 극한 결과를 도출하기 위해.
• VWI 및 AWI 정의와 같은 다른 쿼크 질량 정의 간의 비교를 통해 스케일링 위반을 평가하기 위해.

제안 방법

• 시뮬레이션은 클로버 개선을 포함한 비임계적 O(a)-개선된 윌슨 쿼크 작용과 이와사키 게이지 작용을 사용한다.
• 게이지 구성은 다항식 하이브리드 몬테카를로(PhMC) 알고리즘을 통해 세 개의 라티스 간격(a ≈ 0.076, 0.099, 0.122 fm)에서 생성되었으며, 고정된 물리적 부피(2.0 fm)³을 유지한다.
• 스메어드 소스와 포인트 싱크를 사용하여 편미분, 벡터, 아르키메데스-벡터 전류의 시간 상관함수에서 메손 질량을 추출한다.
• 쿼크 질량은 벡터 및 아르키메데스-벡터 워드 정리 정의를 사용하여 결정하였으며, 이차 다항식 적합을 통해 연속체 극한 외삽을 수행한다.
• 재규격화는 Z 인자에 대해 테드플로-개선된 1계 반정도 이론과 μ=2 GeV에서의 4계 수렴을 사용한다.
• 통계적 오차는 100개의 트랙토리 백분위수로 나누어진 잭나이프 방법을 통해 추정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 연속체 극한에서 2+1 flavor QCD의 경량 하드론 스펙트럼은 무엇이며, 실험 결과와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 μ=2 GeV에서 $ \overline{MS} $ 체계에서의 업 쿼크와 스트레인지 쿼크 질량은 실험적 값과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 VWI 또는 AWI 정의 중 어느 것이 더 작은 스케일링 위반을 보이며, 더 신뢰할 수 있는 연속체 극한 외삽을 제공하는가?
• RQ4 2+1 flavor QCD의 결과는 구속된 상태와 Nf=2 QCD 시뮬레이션 결과와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 유한한 라티스 간격이 쿼크 질량 결정에 어떤 영향을 미치며, 이를 어떻게 보정할 수 있는가?

주요 결과

• 연속체 극한에서의 경량 하드론 스펙트럼은 실험 결과와 잘 일치하여 2+1 flavor 시뮬레이션의 신뢰성을 확인한다.
• $ \overline{MS} $ 체계에서 μ=2 GeV에서 업과 다운 쿼크 질량은 $ 3.34(23)~\text{MeV} $로 결정되었다.
• $ \overline{MS} $ 체계에서 μ=2 GeV에서 스트레인지 쿼크 질량은 $ 86.7(5.9)~\text{MeV} $로 결정되었다.
• AWI 쿼크 질량 정의는 VWI 정의보다 더 작은 스케일링 위반을 보이며, 더 신뢰할 수 있는 연속체 극한 외삽을 이끌어낸다.
• 2+1 flavor QCD에서의 쿼크 질량 연속체 극한 결과는 Nf=2 QCD 결과와 일치하며 오차 범위 내에서 유의미한 편차가 없다.
• 가장 미세한 라티스 간격(a ≈ 0.076 fm)에서의 초도 결과는 연속체 극한 외삽과 일치하지만, 통계량이 아직 제한되어 있다.