[论文解读] Baryon Axial Charges and Momentum Fractions with N_f=2+1 Dynamical Fermions

M. Göckeler, Ph. Hägler+9 more|Adelaide Research & Scholarship (AR&S) (University of Adelaide)|Feb 16, 2011

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 6

一句话总结

本格量子色动力学（lattice QCD）研究使用 N_f=2+1 动态费米子和 O(a) 改进的威尔逊费米子，计算了核子、Σ⁺ 和 Ξ⁰ 的重子轴向电荷与夸克动量分数。结果在轴向电荷方面与实验数据及以往格点数据高度一致，并揭示了显著的味 SU(3) 对称性自发破缺现象：随着π介子质量趋近其物理值， strangeness 夸克贡献的动量分数大于轻夸克。

ABSTRACT

We report on recent results of the QCDSF/UKQCD Collaboration on investigations of baryon structure using configurations generated with N_f=2+1 dynamical flavours of O(a) improved Wilson fermions. With the strange quark mass as an additional dynamical degree of freedom in our simulations we avoid the need for a partially quenched approximation when investigating the properties of particles containing a strange quark, e.g. the hyperons. In particular, we will focus on the nucleon and hyperon axial charges and quark momentum fractions.

研究动机与目标

• 使用 N_f=2+1 动态费米子，计算八重态重子（N, Σ⁺, Ξ⁰）的轴向耦合常数 g_A^B。
• 通过测定夸克动量分数 ⟨x⟩_q^B，研究味 SU(3) 对称性在重子结构中的破缺行为。
• 通过将奇异夸克作为动力学自由度引入，避免部分淬火近似。
• 在 chiral 有效场论的背景下，为超子的轴向电荷与动量分数提供初步定量结果。
• 通过确定扭曲-2 算符所需的重正化常数，为未来实现重正化预测奠定基础。

提出的方法

• 在 β=5.50（a≈0.078 fm）的 24³×48 格点上，使用 N_f=2+1 动态 O(a) 改进威尔逊费米子进行模拟。
• 夸克质量沿味 singlet 夸克质量 m̄_q 恒定的路径调节，使 m_π 从 350 MeV 变化至 481 MeV。
• 通过使用同位旋矢量轴向流 A^{u-d}_μ 的三线相关函数，提取轴向电荷 g_A^B。
• 通过矩阵元计算动量分数 ⟨x⟩_q^B，其中算符为 O^{μν}_q = 2i ̄q γ^{⟨μ} ↔D^{ν⟩} q，通过考虑 (D−S) 组合来消除不连通收缩项。
• 利用轴向电荷比值以消除重正化常数，实现无需模型依赖的比较。
• 采用 m_π² 作为外推变量，对物理 π 介子质量进行线性外推。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 SU(3) 味对称性背景下，超子（Σ⁺, Ξ⁰）的轴向耦合常数 g_A^B 与核子相比如何？
• RQ2 味 SU(3) 对称性破缺效应在超子的动量分数 ⟨x⟩_q^B 中表现到何种程度？
• RQ3 轴向电荷比值 g_A^Σ/g_A^N、g_A^Ξ/g_A^N 和 (g_A^N−g_A^Ξ)/g_A^Σ 随 m_π² 的变化行为如何？
• RQ4 当 π 介子质量趋近其物理值时，超子中奇异夸克所携带的动量分数与轻夸克相比如何？
• RQ5 结果是否与实验测定值及 SU(3) chiral 有效场论的预测一致？

主要发现

• 轴向电荷比值 g_A^Σ/g_A^N=0.75，g_A^Ξ/g_A^N=−0.25，以及 (g_A^N−g_A^Ξ)/g_A^Σ=1.68 与实验值及 Savage 和 Walden 的理论估计（F=0.47(7)，D=0.79(10)）高度一致。
• 比值 g_A^Σ/g_A^N 显示出对 m_π² 的清晰线性依赖，与 chiral 有效场论预测一致。
• 在核子中 (u−d)、在 Σ⁺ 中 (u−s)、在 Ξ⁰ 中 (s−u) 的 (D−S) 动量分数在 m_π 减小时表现出明显的味 SU(3) 对称性破缺。
• 随着 π 介子质量趋近其物理值，奇异夸克贡献的动量分数大于轻夸克，表明重夸克在动量分布中具有增强效应。
• 超子轴向电荷的结果与早期格点计算和夸克模型研究一致，验证了在不使用部分淬火近似下，N_f=2+1 动态费米子方法的有效性。
• 本研究指出，未来需确定重正化常数 Z_{v2b}，以实现对绝对动量分数的定量预测。