[論文レビュー] Axial charges of excited nucleons from CI-fermions

T. Maurer, T. Burch+4 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2012

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、動的な、近似的にちる性を有するCIフェルミオンを用いた、励起核子状態のスピン-1/2軌道の最初の格子QCD計算を提示する。1つの負パリティ励起状態は小さな軸性荷重 (~0.062) を示し、ちる対称性の回復とクォーク模型の予測 $N^*(1535)$ と整合的であるが、もう1つの負パリティ状態は核子とほぼ同じ大きさの大きな軸性荷重を示しており、これは $π N$ $s$-波分子状態である可能性を示唆している。

ABSTRACT

We report lattice QCD results on the axial charges of ground and excited nucleon states of both parities. This is the first study of these quantities with approximately chiral (CI) fermions. Two energy levels in the range of the negative parity resonances N*(1535) and N*(1650) are observed and we determine the axial charge for both. We obtain a small axial charge for one of them, which is consistent with the chiral symmetry restoration in this state as well as with the small axial charge of the N*(1535) predicted within the quark model. This result agrees with the findings of Takahashi et al. obtained with Wilson quarks which violate chiral symmetry for finite lattice spacing. At the same time for the other observed negative parity state we obtain a large axial charge, that is close to the axial charge of the nucleon. This is in disagreement both with the quark model prediction as well as with the chiral restoration but allows for an interpretation as an s-wave π N state.

研究の動機と目的

• 動的で近似的にちる性を有するフェルミオンを用いて励起核子状態の軸性荷重を計算し、バリオン共鳴状態におけるちる対称性の回復を検証すること。
• 真の三クォーク共鳴状態かバリオン-メソン分子状態かを特定するため、格子で同定された状態の曖昧さを解消すること。
• クォーク模型の予測と先行するウィルソンフェルミオンの研究とを比較し、ちる対称性の破れが及える系統的誤差の影響を評価すること。
• 観察された負パリティ状態が $N^*(1535)$、$N^*(1650)$、または $π N$ 継続状態に対応するかどうかを調査すること。

提案手法

• 近似的にちる対称性を保持するための動的CIフェルミオンを用いた格子QCDシミュレーション。
• 複数の相互作用演算子を用いた変分法により、相関関数から励起状態を抽出する。
• 外部源電流を用いた時間スライス相関関数を用いて軸性荷重を抽出する。
• 核子の軸性荷重を基準として、軸性荷重の正規化を行う。
• 時間スライスにわたる固有ベクトルの安定性を分析し、固有状態を同定する。
• クォーク模型の予測とちる対称性の回復の期待値と、軸性荷重を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 小さな $g_A$ を示す負パリティ励起核子状態の軸性荷重が、ちる対称性の回復仮説を支持するか。
• RQ2 2番目の負パリティ状態の大きな軸性荷重が、$π N$ $s$-波分子状態と整合的か。
• RQ3 これらの状態の軸性荷重が、$N^*(1535)$ および $N^*(1650)$ に対するクォーク模型の予測とどのように比較されるか。
• RQ4 ウィルソンフェルミオンと比較して、CIフェルミオンの使用が、ちる対称性の破れに起因する系統的誤差をどの程度低減するか。
• RQ5 軸性荷重が、真の共鳴状態とバリオン-メソン分子状態を区別する手がかりとして機能できるか。

主な発見

• 1番目の負パリティ励起状態の軸性荷重は $g_A^{\text{ren,ext}} = 0.062(16)$ であり、ちる対称性の回復と整合的であり、$N^*(1535)$ に対するクォーク模型の予測値 $-1/9$ とも一致する。
• 2番目の負パリティ状態の軸性荷重は $g_A^{\text{ren,ext}} = 1.05(13)$ であり、核子の軸性荷重 1.128(18) とほぼ同一であるため、$π N$ $s$-波分子状態である可能性が示唆される。
• 1つの状態の小さな軸性荷重は、Takahashiらの先行するウィルソンフェルミオンの結果とも一致しており、それらのシミュレーションにおけるちる対称性の破れが、この結果に顕著な影響を及ぼさなかったことを示している。
• 2番目の状態の大きな軸性荷重は、クォーク模型の予測値 $5/9$ およびちる対称性の回復仮説の両者と矛盾しており、分子的解釈を支持する。
• 小さな $g_A$ を示す状態の波動関数は、狭い源との大きな重なりを示しており、これは共鳴状態に一致するコンパクトな構造を示唆している。
• 結果から、軸性荷重が三クォーク共鳴状態と $π N$ 分子状態を区別する指標として機能できることを示唆している。$g_A \approx 1$ は、後者を支持する。