[논문 리뷰] Nucleon Structure and Hyperon Form factor from Lattice QCD

Huey-Wen Lin|ArXiv.org|2007. 07. 25.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions인용 수 6

한 줄 요약

이 격자 QCD 연구는 2+1-플레버 동적 시뮬레이션에서 도메인 월 페르미온을 사용하여 양성자 및 하이퍼온의 구조에 대한 처음 원리에서 계산한 결과를 제시한다. 이 연구는 실험과 일치하는 카이랄 근사 결과를 도출하였으며, 축성자 결합 상수(1.23(5)), 비극화된(0.203(23)) 및 극화된(0.133(13)) 구조함수의 첫 번째 모멘트, 전단성자(0.56(4)), 그리고 양성자의 스트랭지성자 자기모멘트(−0.066(26))를 포함한다. 또한 0.441(14)와 −0.277(11)로 각각 얻어진 ΣΣ 및 ΞΞ 축성자 결합 상수에 대해 격자에서의 최초 결과를 보고한다.

ABSTRACT

In this work, I report the latest lattice QCD calculations of nucleon and hyperon structure from chiral fermions in 2+1-flavor dynamical simulations. All calculations are done with a chirally symmetric fermion action, domain-wall fermions, for valence quarks. % I begin with the latest lattice results on the nucleon structure, focusing on results from RBC/UKQCD using 2+1-flavor chiral fermion actions. We find the chiral-extrapolated axial coupling constant at physical pion mass point to be 1.23(5), consistent with experimental value. The renormalization constants for the structure functions are obtained from RI/MOM-scheme non-perturbative renormalization. We find first moments of the polarized and unpolarized nucleon structure functions at zero transfer momentum to be 0.133(13) and 0.203(23) respectively, using continuum chiral extrapolation. These are consistent with the experimental values, unlike previous calculations which have been 50% larger. We also have a prediction for the transversity, which we find to be 0.56(4). The twist-3 matrix element is consistent with zero which agrees with the prediction of the Wandzura-Wilczek relation. In the second half of this work, I report an indirect dynamical estimation of the strangeness proton magnetic moments using mixed actions. With the analysis of hyperon form factors and using charge symmetry, the strangeness of proton is found to be $-0.066(26)$, consistent with the Adelaide-JLab Collaboration's result. The hyperon $Σ$ and $Ξ$ axial coupling constants are also performed for the first time in a lattice calculation, $g_{ΣΣ}= 0.441(14)$ and $g_{ΞΞ} = -0.277(11)$.

연구 동기 및 목표

• 카이랄 페르미온을 사용한 격자 QCD를 통해 처음 원리에서 양성자 구조함수와 형상요소를 계산한다.
• 물리적 파이온 질량에서 연속체 카이랄 근사를 통해 양성자 행렬원소를 추정하여 이전 연구에서 약 50% 과대평가된 결과를 개선한다.
• ΣΣ 및 ΞΞ 축성자 결합 상수에 대한 첫 번째 격자 QCD 결정을 제공한다.
• 혼합 액션 방법과 전하 대칭성을 활용하여 G_E^s 및 G_M^s를 추정함으로써 양성자의 스트랭지성자 자기모멘트를 추정한다.
• 왜즈라우라-윌츠벡 관계를 튜이스트-3 행렬원소 d₁을 통해 검증하여 0과 일치함을 확인한다.

제안 방법

• RBC/UKQCD가 생성한 2+1-플레버 동적 게이지 격자 구조를 사용하며, 복소입자에 대해 도메인 월 페르미온을 적용한다.
• 비추상적 RI/MOM 방법을 사용하여 행렬원소의 정규화를 수행함으로써 카이랄 대칭성을 유지한다.
• 300에서 625 MeV 사이의 파이온 질량을 사용하여 연속체 카이랄 근사를 수행하여 물리적 점에 도달한다.
• 신호 대 잡음 비율을 향상시키기 위해 가우시안 스무딩 소스 및 싱크 연산자를 사용한다.
• 혼합 액션 방법(스태그러드 해양 쿼크, 도메인 월 복소입자)을 사용하여 하이퍼온 형상요소를 계산하고 간접적으로 스트랭지성자 자기모멘트를 추출한다.
• 전하 대칭성과 격자 데이터를 활용하여 r_d^s 및 전자기 반경을 포함한 관계식을 통해 G_E^s 및 G_M^s를 추정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 양성자의 카이랄 근사된 축성자 결합 상수 g_A의 값은 얼마이며, 실험 결과와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 운동량 전달이 0인 경우 비극화된 및 극화된 양성자 구조함수의 첫 번째 모멘트는 얼마이며, 실험 결과와 일치하는가?
• RQ3 전단성자 분포의 제로스 모멘트는 예측되는 바가 무엇이며, 튜이스트-3 행렬원소 d₁은 왜즈라우라-윌츠벡 관계에 따라 0이 되는가?
• RQ4 양성자의 스트랭지성자 자기모멘트는 얼마이며, 실험 결과 및 이전의 큸프된 격자 결과와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 축성자 결합 상수 g_ΣΣ 및 g_ΞΞ에 대한 첫 번째 격자 QCD 결과는 무엇이며, 카이랄 양자역학 이론 및 대-N_c 추정치와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 카이랄 근사된 축성자 결합 상수 g_A는 1.23(5)로 측정되었으며, 실험 결과와 뛰어난 일치를 보였다.
• 비극화된 쿼크 분포의 첫 번째 모멘트는 0.203(23), 헬리시티 분포의 첫 번째 모멘트는 0.133(13)로, 실험 결과와 일치하며 이전의 격자 결과에서 약 50% 과대평가되었던 오차를 크게 개선했다.
• 전단성자 분포의 제로스 모멘트는 0.56(4)로 예측되었으며, 이는 최초로 주요 순서에서의 격자 QCD 추정치를 제공한다.
• 튜이스트-3 행렬원소 d₁은 0과 일치함을 확인하여 왜즈라우라-윌츠벡 관계를 지지한다.
• 양성자의 스트랭지성자 자기모멘트는 −0.066(26)로 추정되었으며, 아델레이드-JLab 협력의 큼프된 결과와 현재의 실험 제약 조건과 일치한다.
• 축성자 결합 상수에 대한 첫 번째 격자 QCD 계산 결과로 g_ΣΣ = 0.441(14) 및 g_ΞΞ = −0.277(11)를 도출하였으며, 이전 이론적 추정치에 비해 상당히 작은 불확실성을 가진다.