[论文解读] 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 3

一句话总结

本研究首次使用动态近似手征CI费米子进行了激发核子态轴向荷的格点QCD计算。结果发现一种宇称为负的激发态具有较小的轴向荷（约0.062），与手征对称性恢复一致，并符合对$N^*(1535)$的夸克模型预测；而另一种宇称为负的态则具有接近核子轴向荷的较大轴向荷，表明其可能为$\pi N$ $s$-波分子态，而非共振态。

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.

研究动机与目标

• 使用动态近似手征费米子计算激发核子态的轴向荷，以检验重子共振态中的手征对称性恢复。
• 通过确定这些格点识别的态是否为真正的三夸克共振态或强子-介子分子态，解决其身份的模糊性。
• 将结果与夸克模型预测及先前使用威尔逊费米子的研究进行比较，评估手征对称性破坏的影响。
• 研究所观察到的负宇称态是否对应于$N^*(1535)$、$N^*(1650)$或$\pi N$连续态。

提出的方法

• 使用动态CI费米子的格点QCD模拟，以保持近似手征对称性。
• 采用变分法结合多个插值算符，从关联函数中提取激发态。
• 通过外部源电流的时间片关联函数提取轴向荷。
• 以核子的轴向荷为参考，对轴向荷进行重正化。
• 分析时间片间本征矢量的稳定性，以识别本征态。
• 将轴向荷与夸克模型预测及手征对称性恢复的预期进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有小$g_A$的负宇称激发核子态的轴向荷是否支持手征对称性恢复的假设？
• RQ2 第二个负宇称态所观察到的大轴向荷是否与$\pi N$ $s$-波分子态一致？
• RQ3 这些态的轴向荷与$N^*(1535)$和$N^*(1650)$的夸克模型预测相比如何？
• RQ4 与威尔逊费米子相比，使用CI费米子在多大程度上减少了手征对称性破坏带来的系统误差？
• RQ5 轴向荷能否帮助区分真正的共振态与强子-介子分子态？

主要发现

• 第一个负宇称激发态的轴向荷为$g_A^{\text{ren,ext}} = 0.062(16)$，与手征对称性恢复一致，且符合$N^*(1535)$的夸克模型预测值$-1/9$。
• 第二个负宇称态的轴向荷为$g_A^{\text{ren,ext}} = 1.05(13)$，几乎与核子的轴向荷1.128(18)相同，表明其可能为$\pi N$ $s$-波分子态。
• 该态的较小轴向荷与高桥等人先前使用威尔逊费米子的研究结果一致，表明在那些模拟中手征对称性破坏并未显著影响该结果。
• 第二个态的大轴向荷与夸克模型预测值$5/9$及手征对称性恢复假说均矛盾，支持其为分子态的解释。
• 小$g_A$态的波函数显示与窄源有较大重叠，表明其具有紧凑结构，与共振态而非分子态一致。
• 结果表明轴向荷可作为区分三夸克共振态与$\pi N$分子态的判据，其中$g_A \approx 1$更支持后者。