[论文解读] 2+1 flavor QCD simulation on a $96^4$ lattice

K.-I. Ishikawa, N. Ishizuka+7 more|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2015

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 17

一句话总结

本研究在96⁴格点上使用6-APE粗化威尔逊焦桐作用量与伊瓦萨基规范作用量，于β=1.82处进行2+1味格点QCD模拟，获得约2.333 GeV的格点间距。通过重加权技术在物理点附近生成数据点，并结合以mπ、mK和mΩ为输入的SU(2)有效理论，作者利用非微扰重正化方法确定了物理夸克质量、强子谱、衰变常数及核子σ项，结果在误差范围内与实验一致。

ABSTRACT

We generate $2+1$ flavor QCD configurations near the physical point on a $96^4$ lattice employing the 6-APE stout smeared Wilson clover action with a nonperturbative $c_{ m SW}$ and the Iwasaki gauge action at $β=1.82$. The physical point is estimated based on the chiral perturbation theory using several data points generated by the reweighting technique from the simulation point, wherer $m_π$,$m_K$ and $m_Ω$ are used as physical inputs. The physics results include the quark masses, the hadron spectrum, the pseudoscalar meson decay constants and nucleon sigma terms, using the nonperturbative renormalization factors evaluated with the Schrodinger functional method.

研究动机与目标

• 通过使用8 fm的空间体积（对应mπL ≈ 6）显著减小格点QCD模拟中的有限体积效应。
• 利用6-APE粗化威尔逊焦桐作用量与伊瓦萨基规范作用量，在接近物理点处生成2+1味QCD配置。
• 通过重加权技术从mπ ≈ 146 MeV的模拟点估算物理点，以mπ、mK和mΩ作为物理输入。
• 利用非微扰确定的重正化因子计算物理可观测量——夸克质量、强子谱、伪标量衰变常数与核子σ项。
• 与实验值对比验证结果，并评估有限体积与手征子外推带来的系统误差。

提出的方法

• 在96⁴格点上使用6-APE粗化威尔逊焦桐作用量（非微扰cSW = 1.11）与β=1.82处的伊瓦萨基规范作用量进行模拟。
• 模拟点的mπ = 146 MeV，mπL ≈ 6，有效抑制有限体积效应。
• 应用重加权技术，利用随机行列式估计器与行列式分解方法，生成6个额外数据点，mπ范围为144至156 MeV，有效降低噪声。
• 采用SU(2)手征有效场论（ChPT）将可观测量外推至物理点，以mπ、mK和mΩ作为物理输入。
• 通过Schrödinger函数方法实现非微扰重正化，处理夸克质量（ZmMS）与轴矢量流（ZA）的重正化，不确定性传播至最终结果。
• 采用分块大小为50的自助重抽样法估算统计误差；重正化因子带来的系统误差明确量化。

实验结果

研究问题

• RQ1 与较小格点相比，96⁴格点模拟中mπL ≈ 6是否能显著减小有限体积效应？
• RQ2 在mπ ≈ 146 MeV条件下，重加权技术在2+1味QCD中对物理点的估算精度如何？
• RQ3 在大体积设置下，SU(2) ChPT拟合对mπ²/mud、fπ与fK的夸克质量依赖性描述得如何？
• RQ4 在非微扰重正化下，轻夸克与奇异夸克质量、伪标量衰变常数与核子σ项的物理值是多少？
• RQ5 计算得到的fK/fπ比值是否与实验一致？若存在偏差，其显著性如何？

主要发现

• 基于mπ、mK与mΩ作为输入，物理点处的轻夸克质量为mudMS = 3.142(26)(35)(28) MeV，奇异夸克质量为msMS = 88.59(61)(98)(79) MeV（μ = 2 GeV）。
• 伪标量衰变常数为fπ = 131.79(80)(90)(1.25) MeV，fK = 155.55(68)(1.06)(1.48) MeV，与实验一致。
• 比值fK/fπ = 1.1808(50)在包含系统误差时与实验值存在3.1σ的偏差。
• NLO低能常数为l̄3 = 2.87(62)与l̄4 = 4.38(33)，与FLAG2013平均值一致。
• 核子σ项通过Feynman–Hellmann定理获得，σud = 55(13) MeV，σs = 107(73) MeV。
• 物理点处的强子谱对稳定强子的偏差小于5%，而对ρ与Δ等共振态的偏差较大。