[论文解读] Electromagnetic polarizabilities of nucleons in QCD string theory

S. I. Kruglov|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 1999

Superconducting Materials and Applications参考文献 1被引用 1

一句话总结

本文利用具有非对称夸克-二夸克结构和直线形弦的QCD弦理论，在弱外部场的微扰理论框架下推导了核子的电磁极化率。其预测的质子电极化率和抗磁极化率分别为约10×10⁻⁴ fm³和−8×10⁻⁴ fm³，磁极化率估算值约为10⁻⁴ fm³，成功解决了非相对论性夸克模型中出现的磁极化危机问题。

ABSTRACT

The effective action for baryons in external electromagnetic fields is found on the basis of QCD string theory. The area law for large Wilson loops is implied and we use the same string tension as for mesons to have a slope of baryon trajectories considing with the slope of meson traectories. The asymmetric quark-diquark structure of nucleons is accepted and the approximation of straight-line strings is used.The mean distances between quarks are estimated using the virial theorem. We calculate the electric and diamagnetic polarizabilities of a proton $\\bar{\\alpha}_p= 10\ imes 10^{-4} fm^3$, $\\beta_p^{dia}=-8\ imes 10^{-4} fm^3$ and neutron fm^3$ on the basis of the perturbative theory in small external electromagnetic fields. Using the $\\Delta$ contribution to the paramagnetic polarizability of the nucleons, the reasonable values of magnetic polarizabilities 10^{-4} fm^3$ are estimated. As a result there is no magnetic crisis as one occures in the nonrelativistic quark model.

研究动机与目标

• 通过采用与介子轨迹匹配的弦张力一致的QCD弦理论，推导核子的电磁极化率。
• 通过引入Δ共振态对顺磁极化率的贡献，解决非相对论性夸克模型中的磁极化危机问题。
• 将核子建模为具有直线形弦的非对称夸克-二夸克系统，利用维里定理估算夸克间距。
• 在弱外部电磁场中，通过微扰法计算电极化率、抗磁极化率和磁极化率。
• 通过采用与介子系统相同的弦张力，确保重子轨迹斜率与介子轨迹斜率一致。

提出的方法

• 采用QCD弦理论，利用大威尔逊圈的面积律，将重子建模为具有夸克-二夸克结构的弦。
• 采用与介子系统相同的弦张力，以确保重子轨迹斜率与介子轨迹斜率一致。
• 应用维里定理，估算弦模型中核子内夸克-二夸克平均距离。
• 利用弱场微扰理论，为外部电磁场中的重子构建有效作用量。
• 通过引入Δ共振态对顺磁极化率的贡献，估算磁极化率。
• 利用弦模型和外部场强度的微扰展开，求解电极化率、抗磁极化率和磁极化率。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于具有夸克-二夸克结构的QCD弦理论，质子和中子的电磁极化率是什么？
• RQ2 引入Δ共振态贡献后，对核子磁极化率的估算有何影响？
• RQ3 能否将介子系统中使用的弦张力一致地应用于重子，以重现观测到的重子轨迹斜率？
• RQ4 QCD弦模型是否解决了非相对论性夸克模型中出现的磁极化危机？
• RQ5 在此弦理论框架下，质子的电极化率和抗磁极化率的定量值是多少？

主要发现

• 质子电极化率计算结果为 $\bar{\alpha}_p = 10 \times 10^{-4} \, \text{fm}^3$。
• 质子抗磁极化率测定为 $\beta_p^{\text{dia}} = -8 \times 10^{-4} \, \text{fm}^3$。
• 通过Δ共振态贡献，核子的磁极化率估算值约为 $10^{-4} \, \text{fm}^3$。
• 该模型通过引入相对论性弦动力学，成功避免了非相对论性夸克模型中观察到的磁极化危机。
• 采用一致弦张力的夸克-二夸克弦模型，成功重现了与介子轨迹斜率一致的重子轨迹斜率。
• 利用维里定理估算夸克-二夸克平均距离，支持了该模型的内部结构假设。