[论文解读] Comment on "Searching for flavor dependence in nuclear quark behavior"

O. Hen, F. Hauenstein+7 more|arXiv (Cornell University)|May 6, 2019

High-Energy Particle Collisions Research被引用 4

一句话总结

本文批判了Arrington与Fomin（2019）对原子核中高虚度（HV）与高局域密度（LD）核子对修改的比较，揭示其在推导通用修改函数（UMFs）过程中存在不一致。研究指出，其采用的组合缩放与非对称核修正引入了UMFs之间的虚假差异，与从头计算的量子蒙特卡罗（QMC）计算结果矛盾，并违反物理一致性，尤其是在味依赖性与质心运动修正方面。

ABSTRACT

Weinstein, et. al [1] [PRL 106, 052301 (2011)] and Hen, et. al [2] [PRC 85, 047301 (2012)] observed a correlation between the EMC effect and the amount of short range correlated (SRC) pairs in nuclei which implies that quark distributions are different in SRC pairs as compared with free nucleons. Schmookler, et. al [3] [Nature 566, 354 (2019)] bolstered this by showing that the EMC data can be explained by a universal modification of the structure of nucleons in neutron-proton SRC pairs and presented the first data-driven extraction of this universal modification function (UMF). Arrington and Fomin [4] [arxiv 1903.12535] attempt to gain insight into the correlation between the EMC effect and SRCs by distinguishing between correlated nucleon pairs at high-virtuality (HV) vs. high local-density (LD). However, there is an inconsistency in their derivations of the UMFs, FLD univ and FHV , causing a non-physical difference between them for asymmetric nuclei. In addition, the univ combinatorial scaling they used to extract high-LD np, pp and nn pairs from measured HV np pairs is contradicted by realistic ab-initio Quantum Monte-Carlo (QMC) calculations.

研究动机与目标

• 识别并纠正Arrington与Fomin（2019）在推导原子核中高虚度（HV）与高局域密度（LD）核子对通用修改函数（UMFs）过程中存在的不一致。
• 质疑从测量的HV $np$ 对中提取LD $pp$、$nn$ 与 $np$ 对所采用的组合缩放方法的有效性，表明其与从头计算的量子蒙特卡罗（QMC）计算结果矛盾。
• 证明 $F_{\text{univ}}^{HV}$ 与 $F_{\text{univ}}^{LD}$ 之间的虚假差异源于对同位旋不对称性的不一致处理，以及仅在LD情况下移除 $(Z-N)F_2^p/F_2^d$ 项。
• 表明质心（c.m.）运动修正的应用不一致——仅应用于LD对——导致UMFs之间出现非物理差异。
• 确立从头计算QMC计算支持对高动量与小间距对均使用单一、通用的缩放因子，与Arrington与Fomin假设的HV与LD分别具有不同缩放因子相矛盾。

提出的方法

• 使用一致的多体形式体系重新推导高局域密度（LD）对的通用修改函数（UMF），并考虑 $np$、$pp$ 与 $nn$ 对，纠正Arrington与Fomin处理不完整的缺陷。
• 将相同的UMF框架应用于HV与LD情形，表明唯一一致的比较是在对称核（$N=Z$）下进行，此时表达式简化为相同形式。
• 利用从头计算的量子蒙特卡罗（QMC）计算验证高动量与小间距对分布的物理等价性，表明两者在 $k$-空间与 $r$-空间中均通过单一与核素相关的缩放因子 $C_{NN,\alpha}^A$ 因子分解。
• 通过对比简化的1D展宽模型与更真实的3D谱函数建模，重新评估质心（c.m.）运动修正，表明70%的修正比Arrington与Fomin使用的20%更准确。
• 重新分析UMF斜率的 $A$-依赖性，采用对数与常数拟合方法，表明一参数常数拟合更为合适，并消除 $F_{\text{univ}}^{HV}$ 与 $F_{\text{univ}}^{LD}$ 之间的虚假差异。
• 将组合缩放假设与QMC结果对比，显示即使在非对称核中，小 $r$ 范围内的 $nn$、$pp$ 与 $np$ 对数量也几乎相等，证明该缩放方法无效。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何Arrington与Fomin（2019）对 $F_{\text{univ}}^{LD}$ 的推导在非对称核中导致其与 $F_{\text{univ}}^{HV}$ 之间出现非物理差异？
• RQ2 用于从HV $np$ 对中提取 $pp$、$nn$ 与 $np$ 对的组合缩放方法是否与从头计算的QMC计算结果一致？
• RQ3 假设非对称核的 $R_{\text{EMC}}^{A}$ 等于相同 $A$ 的对称核的值，是否有理论依据？
• RQ4 高动量与小间距对是否可由QMC计算支持不同的缩放因子，还是应存在单一的通用缩放因子？
• RQ5 仅对LD对应用质心（c.m.）运动修正的不一致是否导致了 $F_{\text{univ}}^{HV}$ 与 $F_{\text{univ}}^{LD}$ 之间的人为差异？

主要发现

• 在非对称核中，$F_{\text{univ}}^{HV}$ 与 $F_{\text{univ}}^{LD}$ 之间的差异并非物理真实，而是源于LD推导中不合理地移除 $(Z-N)F_2^p/F_2^d$ 项，而HV情况下仍保留该因子。
• 从头计算的QMC计算表明，在对称与非对称核中，小 $r$ 范围内的 $nn$、$pp$ 与 $np$ 对数量几乎相等，与Arrington与Fomin所用的组合缩放方法矛盾。
• QMC导出的对分布可表示为 $n_{NN,\alpha}^A(k>k_F) = C_{NN,\alpha}^A |\psi_{NN,\alpha}(k)|^2$ 与 $\rho_{NN,\alpha}^A(r<1\text{fm}) = C_{NN,\alpha}^A |\psi_{NN,\alpha}(r)|^2$，证明高-$k$ 与小-$r$ 对均适用单一通用缩放因子。
• 质心（c.m.）运动修正并非如Arrington与Fomin假设的20%，而更接近70%，依据为3D谱函数建模；其应用不一致导致UMF比较失真。
• Arrington与Fomin所用的UMF斜率 $A$-依赖性的对数拟合无效；一参数常数拟合更为合适，且将 $F_{\text{univ}}^{HV}$ 与 $F_{\text{univ}}^{LD}$ 之间的差异从2.5倍降至约1.5倍。
• QMC结果证实HV与LD对的物理等价性：相同的缩放因子 $C_{NN,\alpha}^A$ 同时适用于动量空间与坐标空间，从而否定了存在不同动力学行为的假设。