[论文解读] Constraining the point-form construction of current operators and application to nucleon form factors

T. Melde, L. Canton+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2006

Superconducting Materials and Applications被引用 1

一句话总结

本文研究了点形式相对论性量子力学框架中 Poincaré 不变的电磁流算符，重点关注核子电磁形式因子的伴子模型构造中的不确定性。结果表明，来自流算符歧义的理论不确定性超过了夸克模型相互作用之间的差异，且实验数据通常位于由此产生的不确定带范围内。

ABSTRACT

We address the problem of Poincare'-invariant electromagnetic currents in the point form of relativistic quantum mechanics. In the relativistic spectator-model construction employed hitherto it is assumed that only one of the constituent quarks is explicitly coupled to the photon. Nevertheless the corresponding current operator is not strictly of one-body character but effectively includes many-body contributions. Imposing Poincare' invariance alone, the spectator-model construction of the electromagnetic current operator is left with ambiguities. They can be reduced by imposing additional conditions such as charge normalization and time-reversal invariance. However, there still remain theoretical uncertainties. We demonstrate the present uncertainty spread of point-form spectator-model predictions along with elastic electromagnetic form factors. It is found that the experimental data are ususally centered within a theoretical uncertainty band. We also examine the variations in the form-factor predictions by two different kinds of constituent-quark models, namely, the ones whose hyperfine interactions derive from Goldstone-boson exchange and from one-gluon-exchange. The differences in the corresponding predictions remain smaller than the uncertainties from the spectator-model construction of the current operator. In most instances they are also smaller than the uncertainty spread of the experimental data.

研究动机与目标

• 解决在点形式相对论性量子力学框架中构造 Poincaré 不变电磁流算符时的歧义问题。
• 评估伴子模型流算符中理论不确定性对核子弹性电磁形式因子预测的影响。
• 比较两种不同的组分夸克模型——戈尔德斯通玻色子交换与一胶子交换——对形式因子行为的影响。
• 评估实验数据是否落在由流算符构造引起的理论不确定带范围内。

提出的方法

• 将 Poincaré 不变性作为点形式形式中电磁流算符的基本约束条件。
• 施加额外条件——电荷归一化和时间反演不变性——以减少但无法完全消除流算符构造中的歧义。
• 构建伴子模型流算符，其中仅一个夸克显式耦合到光子，但流仍保持有效多体特性。
• 利用所得的流算符在伴子模型中计算核子弹性电磁形式因子。
• 比较两种夸克模型（一种具有来自戈尔德斯通玻色子交换的超精细相互作用，另一种来自一胶子交换）的形式因子预测。
• 量化由流算符构造引起的理论不确定度范围，并与模型差异及实验数据的散布范围进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在点形式形式中，Poincaré 不变电磁流算符构造中的理论不确定度来源是什么？
• RQ2 电荷归一化和时间反演不变性等附加约束如何影响流算符构造中的歧义？
• RQ3 具有来自戈尔德斯通玻色子交换与一胶子交换的超精细相互作用的组分夸克模型之间，形式因子预测有何不同？
• RQ4 由流算符构造引起的不确定度范围与实验数据的散布范围相比如何？
• RQ5 核子电磁形式因子的实验数据是否落在由流算符歧义引起的理论不确定带范围内？

主要发现

• 伴子模型中电磁流算符构造的理论不确定性导致预测的核子弹性电磁形式因子出现显著散布。
• 尽管施加了 Poincaré 不变性、电荷归一化和时间反演不变性，流算符构造中的歧义仍未完全消除，且对宽广的不确定带有贡献。
• 核子电磁形式因子的实验数据通常位于由流算符歧义引起的理论不确定带范围内。
• 戈尔德斯通玻色子交换与一胶子交换夸克模型之间形式因子预测的差异小于由流算符构造引起的不确定度散布。
• 在大多数情况下，由流算符构造引起的不确定度散布超过了夸克模型之间的差异以及实验数据的散布范围。