[论文解读] ``Electromagnetic'' Answer to the Nucleon Spin Puzzle

Douglas Singleton|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 1997

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用 3

一句话总结

该论文提出，核子自旋中未被价夸克解释的部分，可能源于夸克电荷与磁偶极子相互作用所产生的电磁场角动量。数量级估算表明，这种场角动量可能对核子自旋有显著贡献，且在量子色动力学（QCD）中可能存在类似机制，通过色荷与色磁偶极子实现。

ABSTRACT

A possible resolution to the question of where the nucleon gets some portion of its internal angular momentum, not carried by the valence quarks, is given in terms of the electromagnetic field angular momentum of the nucleon. This field angular momentum is similiar in origin to that of the Thomson dipole (an electric charge and a magnetic monopole), but arises from the interaction of the quark electric charges and magnetic dipoles. Rough, order of magnitude calculations show that such a field angular momentum could provide some of the nucleon's spin. Under certain assumptions QCD should also exhibit a similiar field angular momentum coming from the interaction of color charges with color magnetic dipoles.

研究动机与目标

• 通过识别价夸克之外的角动量来源，解决长期存在的核子自旋之谜。
• 探讨夸克电荷与磁偶极子产生的电磁场角动量是否可解释核子自旋的一部分。
• 研究在量子色动力学（QCD）中，通过色荷与色磁偶极子相互作用是否存在类似的场角动量机制。
• 使用电磁类比，提供一种定性但物理上合理的缺失自旋解释。

提出的方法

• 将核子建模为具有电荷和磁偶极子的夸克系统，以计算由此产生的电磁场角动量。
• 采用汤姆孙偶极子类比——即电荷与磁单极子可产生角动量——以估算核子中场角动量的大小。
• 进行粗略的数量级计算，以评估电磁场角动量贡献的量级。
• 通过考虑色荷与色磁偶极子之间的相互作用，将推理扩展至QCD，探讨其作为类似场角动量的潜在来源。
• 应用对称性与场论推理，论证此类角动量在量子色动力学中具有合理性。

实验结果

研究问题

• RQ1 夸克电荷与磁偶极子产生的电磁场角动量是否可解释核子自旋的可观测部分？
• RQ2 电磁场产生的角动量与价夸克携带的自旋相比如何？
• RQ3 是否存在由色荷与色磁偶极子相互作用产生的QCD类比场角动量？
• RQ4 在合理假设下，核子中场角动量的数量级是多少？

主要发现

• 由夸克电荷与磁偶极子产生的电磁场角动量，其数量级估计与核子自旋贡献相匹配，可能具有显著影响。
• 该机制类似于汤姆孙偶极子，即电荷与磁单极子可产生角动量，表明缺失自旋具有合理的物理起源。
• 该模型表明，此类场角动量可能解释未由价夸克携带的核子自旋部分。
• 在QCD中可能存在类似的场角动量机制，源于色荷与色磁偶极子的相互作用。