[論文レビュー] Restoration of chiral symmetry in excited hadrons

L. Ya. Glozman|ArXiv.org|Oct 13, 2004

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、高励起ハドロンにおいて手対称性が回復することを主張し、その結果、メソンおよびバリオンのスペクトルに近似的な手対称性多重状態が出現することを説明する。ストリング図式においてストリングの端に手対称性を有するクォークを配置することで、高励起状態におけるスピン-軌道相互作用およびテンソル相互作用の不在を説明する。これに対して、構成クォーク模型は、このような手対称性の回復を説明できない。

ABSTRACT

Physics of the low-lying and high-lying hadrons in the light flavor sector is reviewed. While the low-lying hadrons are strongly affected by the spontaneous breaking of chiral symmetry, in the high-lying hadrons the chiral symmetry is restored. A manifestation of the chiral symmetry restoration in excited hadrons is a persistence of the chiral multiplet structure in both baryon and meson spectra. Meson and baryon chiral multiplets are classified. A relation between the chiral symmetry restoration and the string picture of excited hadrons is discussed.

研究の動機と目的

• 高励起ハドロンにおいて手対称性が回復する理由を、低励起状態における強い手対称性の破れとは対照的に説明すること。
• 高励起メソンおよびバリオンにおける手対称性多重状態が、手対称性の回復の直接的兆候であることを示すこと。
• 構成クォーク模型が、手対称性の回復と不整合であるため、高励起ハドロンを正しく記述できないことを示すこと。
• ストリングの端に手対称性を持つクォークを配置したストリング図式が、高励起ハドロンの有効な記述であることを確立すること。
• 手対称性の回復を、高励起状態におけるスピン-軌道およびテンソル相互作用の消失といった実験的スペクトル的特徴と結びつけること。

提案手法

• QCDラグランジアンを手対称性の極限で分析し、真空中でのグローバルな $SU(2)_L \times SU(2)_R$ 対称性およびその自発的破れを特定する。
• バンクス＝キャッシャー関係を用いてクォーク凝集体と手対称性の破れを関連させ、高励起状態がこれらの凝集体から分離することを示す。
• クォークが端に明確な手対称性を持つ回転するストリングモデルを適用し、スピン-軌道およびテンソル相互作用を抑制する制約 $\vec{\sigma}(i)\cdot\vec{R}(i) = 0$ および $\vec{\sigma}(i)\cdot\vec{R}(j) = 0$ を得る。
• 高励起領域における手対称性群の非可約表現に基づき、メソンおよびバリオンにおける手対称性多重状態を分類する。
• ストリングモデルと構成クォーク模型を比較し、後者が手対称性の回復と不整合であることを示す。
• 格子QCDの証拠（デグランド）をレビューし、高励起メソンの外的クォークが低励起ディラック固有モードから分離することを示し、手対称性の回復を支持する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ高励起ハドロンは、QCD真空における手対称性の自発的破れにもかかわらず、近似的な手対称性多重状態を示すのか？
• RQ2 ストリングの端に手対称性を持つクォークを配置したストリング図式は、高励起ハドロンにおけるスピン-軌道およびテンソル相互作用の不在をどのように説明するのか？
• RQ3 なぜ構成クォーク模型は、高励起ハドロンにおける手対称性の回復と不整合なのか？
• RQ4 クォーク凝集体は高励起ハドロンにおいて果たす役割は何か？低励起状態におけるそれとはどのように異なるのか？
• RQ5 高励起状態における外的クォークが真空のクォーク凝集体から分離することは、手対称性の回復の考えをどのように支持するのか？

主な発見

• 高励起ハドロンにおいて手対称性が回復しており、その証拠としてメソンおよびバリオンの両スペクトルに近似的な手対称性多重状態が系的に出現する。
• 高励起ハドロンにおけるスピン-軌道およびテンソル相互作用の不在は、手対称性の回復の直接的結果であり、ストリングの端に手対称性を持つクォークを配置した回転するストリングモデルによって説明される。
• 回転するストリングモデルにおける関係式 $\vec{\sigma}(i)\cdot\vec{R}(i) = 0$ および $\vec{\sigma}(i)\cdot\vec{R}(j) = 0$ が、スピン-軌道およびテンソル力の消失を強制する。
• 格子QCD計算（デグランド）は、高励起メソンの外的クォークが低励起ディラック演算子固有モードから分離することを示しており、クォーク凝集体がこれらの状態において無関係であるという考えを支持する。
• 構成クォーク模型は、高励起ハドロンを記述できない。なぜなら、手対称性の破れによって生成される動的なクォーク質量に依存しているが、高励起領域ではそのような質量が存在しないからである。
• 高励起ハドロンでは、コンfinementおよびストリングダイナミクスが支配的であり、クォークはストリングの端で手対称性粒子として振る舞う。このため、ストリング図式がより適切な記述である。