[논문 리뷰] Photon-pion transition form factor: BABAR puzzle is cracked

A. E. Dorokhov|arXiv (Cornell University)|2010. 03. 24.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 비가역적 양자 chromodynamics(QCD) 역학이 파인 전이 형상 인자의 두 가지 다른 渐近적 영역으로 이어질 수 있음을 보여줌으로써 BABAR 애너미를 해결한다: 표준 1/Q² 행동과 로그로 증폭된 ln(Q²)/Q² 영역. Mq ≈ 125 MeV의 동적 쿼크 질량과 작은 비국소성 스케일 Λ ∼ 0.01 GeV⁻²를 가진 비국소적 카이랄 쿼크 모형을 사용하여, CELLO, CLEO, BABAR 데이터를 성공적으로 기술함으로써, 동결된 QCD 진화와 일치하는 평탄한 파인 분포 애러미터를 나타낸다.

ABSTRACT

Recently, the BABAR collaboration published (arXiv:0905.4778) data for the photon-pion transition form factor $F_{πγγ^{\ast}}(Q^{2})$, which are in strong contradiction to the predictions of the standard factorization approach to perturbative QCD. Immediately afterwards, two mechanisms were suggested (A.E. Dorokhov, arXiv:0905.4577; A.V. Radyushkin, arXiv:0906.0323), that logarithmically enhance the form factor asymptotics and therefore provide a qualitatively satisfactory description of the BABAR data. However, the physics of the BABAR effect was not fully clarified. In the present work, based on a nonperturbative approach to the QCD vacuum and on rather universal assumptions, we show that there exists two asymptotic regimes for the pion transition form factor. One regime with asymptotics $F_{πγ^{\ast}γ}(Q^{2})\sim1/Q^{2}$ corresponds to the result of the standard QCD factorization approach, while other violates the standard factorization and leads to asymptotic behavior as $F_{πγ^{\ast}γ}(Q^{2})\sim\ln(Q^{2})Q^{2}$. Furthermore, considering specific nonlocal chiral quark models, we find the region of parameters, where the existing CELLO, CLEO and BABAR data for the pion transition form factor are successfully described.

연구 동기 및 목표

• 포톤-파인 전이 형상 인자에 대한 BABAR 데이터와 표준 pQCD 인자 분해 예측 간의 괴리 문제를 해결하기 위해.
• 고 Q² 영역에서 관측된 형상 인자의 로그 증폭 현상의 원인인 비가역적 QCD 메커니즘을 규명하기 위해.
• 비국소적 카이랄 쿼크 모형이 CELLO, CLEO, BABAR 실험의 데이터를 동시에 기술할 수 있는지 여부를 판단하기 위해.
• 파인 분포 애러미터와 쿼크 조건이 BABAR 이면을 설명하는 데 수행하는 역할를 명확히 하기 위해.
• 모델이 고운동량 전달 데이터를 피팅할 때 QCD 진화와 정규화 스케일의 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 쿼크-반쿼크 상호작용에 대한 일반적인 가정에 기반한 QCD 진공에 대한 비가역적 접근법을 개발한다.
• 동적 쿼크 질량 Mq와 비국소성 스케일 Λ를 두 개의 매개변수로 가지는 비국소적 카이랄 쿼크 모형을 구성한다.
• α-표현과 Mq 및 Λ에 의존하는 정점 함수를 사용하여 파인 전이 형상 인자를 유도한다.
• 다양한 종단점 억제 조건(강한 vs. 약한) 하에서 파인 분포 애러미터 φπ(x)의 행동을 분석한다.
• Q² 범위 4–40 GeV²에서 CELLO, CLEO, BABAR의 실험 데이터와 모형 예측을 비교한다.
• 형상 인자가 ln(Q²)/Q²로 증가하는 영역에서 데이터를 재현하기 위해 모형 매개변수를 피팅한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비가역적 QCD 역학이 BABAR가 고 Q² 영역에서 관측한 파인 전이 형상 인자의 로그 증폭 현상을 설명할 수 있는가?
• RQ2 파인 분포 애러미터에 어떤 조건이 성립할 경우 표준 1/Q² 행동 대신 ln(Q²)/Q² 渐近 행동이 나타나는가?
• RQ3 비국소적 카이랄 쿼크 모형에서 CELLO, CLEO, BABAR 데이터를 동시에 기술할 수 있는 특정 매개변수 영역이 존재하는가?
• RQ4 관측된 행동은 매우 낮은 정규화 스케일을 암시하는가? 이는 동결된 QCD 진화와 일치하는가?
• RQ5 쿼크 조건과 동적 쿼크 질량이 BABAR 데이터에 대한 우수한 피팅을 달성하는 데 수행하는 역할는 무엇인가?

주요 결과

• 모형은 두 가지 渐近적 영역을 식별한다: 표준 1/Q² 행동과 파인 분포 애러미터의 약한 종단점 억제로 인한 새로운 ln(Q²)/Q² 행동.
• 실험 데이터에 대한 최적 피팅은 매우 작은 불확실성으로 Mq ≈ 125 MeV의 동적 쿼크 질량이 필요함을 나타낸다.
• 비국소성 매개변수는 Λ ∼ 0.01 GeV⁻²로 발견되어 거의 국소적 모형이며 평탄한 운동량 영역 조절자를 가짐을 시사한다.
• 파인 분포 애러미터는 평탄하거나 약하게 억제된 형태와 일치하여 BABAR 운동역학 영역에서 ln(Q²)/Q² 渐近 행동을 지지한다.
• 모형의 성공은 매우 낮은 정규화 스케일을 암시하며, 이는 이전 연구에서 주장한 바와 일치하는 동결된 QCD 진화와 일치한다.
• 쿼크 조건은 크며, 저운동량 스케일에서 강한 카이랄 대칭 붕괴를 나타내며, 이는 해법의 비가역적 성격을 지지한다.