[논문 리뷰] Scalar glueball and meson spectroscopy in unquenched lattice QCD with improved staggered quarks

Eric B. Gregory, A.C. Irving외 3명|ArXiv.org|2005. 10. 11.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions참고 문헌 4인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 MILC 게이지 구성에서 Asqtad 개선된 스테거드 페르미온을 사용하여 비압착 라티스 QCD에서 스칼라 글루볼과 메손 스펙트럼을 조사한다. 스칼라 글루볼 질량은 압착 값과 유사하게 유지되며, 비단일성 및 단일성 스칼라 메손은 상당한 혼합과 붕괴 채널 효과를 보인다. 특히, 가장 가벼운 단일성 스칼라 메손은 비단일성 상태보다 낮은 질량을 가지며, 경량 쿼크 질량에서의 풍미 위반과 물리적 $\pi\pi$ 임계값이 질량 결정에 영향을 미친다.

ABSTRACT

We present results of an exploratory study of singlet scalar states in unquenched QCD using both glueball and meson operators. Results for non-singlet non-strange scalar mesons are also presented. We use Asqtad improved staggered fermions and gauge configurations generated by the MILC collaboration at lattice spacings of .12 and .09 fm. In this formulation, the glueball mass is not significantly different from the quenched value at finite lattice spacing. Significant taste violations are present in the scalar sector. At light quark masses, decay channels complicate the mass determinations. There is some evidence that the non-strange singlet meson lies below the non-singlet meson.

연구 동기 및 목표

• 역동적 개선 스테거드 페르미온을 사용하여 비압착 QCD에서 스칼라 글루볼과 메손 스펙트럼을 연구하기.
• 경량 쿼크 질량이 스칼라 상태 질량에 미치는 영향, 특히 붕괴 채널과 풍미 대칭 파괴의 영향을 평가하기.
• 단일성과 비단일성 스칼라 메손 질량을 비교하고, 단일성 채널에서의 이격 쿼크 루프의 역할을 조사하기.
• 스테거드 페르미온이 스칼라 영역에서의 신뢰성, 특히 풍미 위반과 스핀 대칭 혼합 효과에 대해 평가하기.
• 경량 역동적 쿼크를 포함한 전체 QCD에서 스칼라 글루볼 질량이 압착 대비 유의미하게 다를지 여부를 결정하기.

제안 방법

• 0.12 fm 및 0.09 fm의 격자 간격을 가진 MILC 게이지 구성에서 Asqtad 개선 스테거드 페르미온을 사용한다.
• 스칼라 메손의 연결 및 비연결 상관 함수를 모두 활용하며, 비연결 부분은 48개의 노이즈 벡터를 사용한 확률적 추정으로 계산한다.
• 시간 상관 함수 $\mathcal{C}(t) = \sum_n [A_n e^{-m_n(\Gamma_S \otimes \Gamma_T)t} + (-1)^t B_n e^{-m_n(\gamma_4\gamma_5\Gamma_S \otimes \gamma_4\gamma_5\Gamma_T)t}]$ 형식의 인과적 피팅을 적용하여 질량을 추출하며, 진동하는 스핀 대칭 파트너를 포함한다.
• 효과 질량도와 다양한 최소 시간 슬라이스를 사용한 피팅을 통해 안정성 평가 및 기본 상태 질량 추출을 수행한다.
• 결과를 두 입자 임계값($\pi\pi$, $K\bar{K}$)과 비교하고, Gell-Mann-Okubo 공식을 사용하여 $\eta$ 질량을 추정한다.
• 스테거드 페르미온을 위한 카이랄 양자장 이론을 적용하여 풍미 파괴 효과와 그 $a_0$ 붕괴 및 상관 함수 행동에 미치는 영향을 해석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 개선된 스테거드 페르미온을 사용한 비압착 QCD에서 스칼라 글루볼 질량은 압착 값과 유의미하게 다를까?
• RQ2 경량 쿼크 질량과 개방된 붕괴 채널은 비단일성 및 단일성 스칼라 메손의 스펙트럼에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 스칼라 영역에서의 풍미 위반은 질량 결정에 얼마나 심각하게 왜곡을 초래하는가, 특히 단일성 채널에서?
• RQ4 관측된 데이터에 따르면 가장 가벼운 단일성 스칼라 메손 상태가 해당 비단일성 스칼라 메손보다 낮은가?
• RQ5 비단일성 채널에서 관측된 낮은 에너지의 스칼라 상태는 풍미 파괴 효과로 인한 효과적 G-대칭 위반에 의해 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 개선된 스테거드 페르미온을 사용한 비압착 QCD에서 스칼라 글루볼 질량은 유한한 격자 간격에서 압착 값과 유의미하게 다를 바가 없다.
• 비단일성 스칼라 메손 피팅 결과, $\pi + \eta$ 임계값 이하의 낮은 에너지 상태가 존재하며, 이는 $a_0(980)$ 공명과 일치하며, MILC에서 별도로 관측된 바가 있다.
• 스칼라 영역에서의 풍미 위반은 중간 정도이며, 가장 굵은 격자에서 최대 15%에 이르며, 페론 영역의 것과 비슷한 크기이다.
• 경량 최소 엔sembel에서 단일성 스칼라 메손의 비연결 상관 함수 $D(t)$ 는 $t=10$까지 측정 가능하며, 하나의 스칼라 상태와 하나의 진동 상태를 사용한 안정적인 피팅이 가능하다.
• 경량 쿼크 질량에서 가장 가벼운 단일성 스칼라 메손 상태는 $\pi\pi$ 두 입자 임계값 위 또는 그 근처에 위치하며, 물리적 붕괴 채널이 열려 있음을 시사한다.
• 2-플레버 단일성 스칼라 메손이 해당 비단일성 스칼라 메손보다 낮은 것으로 보이며, 혼합 또는 수준 전환 효과가 있을 가능성이 있다.