[论文解读] Eta and eta' meson masses from Nf=2+1+1 twisted mass lattice QCD

Konstantin Ottnad, Carsten Urbach+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2011

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 12被引用 3

一句话总结

本研究利用 Nf=2+1+1 扭曲质量格点 QCD，采用两种格点间距（a ≈ 0.08 fm 和 a ≈ 0.09 fm），在 π 介子质量为 270 至 500 MeV 的范围内，计算了 η 和 η′ 介子的质量及其味成分。结果表明，η 介子质量的确定具有高精度，而 η′ 介子质量的可靠提取则需要更大的相关矩阵；η 主要由奇异夸克组成，而 η′ 主要由轻夸克驱动，初步得到的混合角约为 60°。

ABSTRACT

We determine mass and flavour content of eta and eta' states using Nf=2+1+1 Wilson twisted mass lattice QCD. We describe how those flavour singlet states need to be treated in this lattice formulation. Results are presented for two values of the lattice spacing, a~0.08 fm and a~0.09 fm, with a range of light quark masses corresponding to values of the pion mass from 270 to 500 MeV and fixed bare strange and charm quark mass values.

研究动机与目标

• 在 Nf=2+1+1 扭曲质量格点 QCD 中，确定 η 和 η′ 介子的质量及其味分解。
• 解决扭曲质量费米子中味 singlet 状态的挑战，特别是由于显式味对称性破缺导致的奇异夸克与粲夸克之间的混合。
• 研究 η 和 η′ 介子质量对轻夸克质量及粲夸克贡献的依赖性。
• 评估裸奇异夸克与粲夸克质量调节对介子质量值的影响。
• 为未来混合动作方法的发展奠定基础，以提高精度并减少规范对称性破缺效应。

提出的方法

• 使用欧洲扭曲质量协作组提供的 Nf=2+1+1 动态夸克格点配置及 Iwasaki 规范作用。
• 采用具有最大扭曲下自动 O(a) 改进的扭曲质量狄拉克算符，使用裸扭曲质量 μℓ、μσ 和 μδ 分别表示轻夸克、奇异夸克和粲夸克。
• 在扭曲基中构建伪标量和标量流的插值算符，并通过轴向旋转变换至物理基。
• 通过包含轻夸克、奇异夸克和粲夸克贡献的 3×3 插值场矩阵，计算三线相关函数以提取 η 和 η′ 态。
• 应用广义特征值问题（GEVP）提取有效质量，并抑制激发态污染。
• 使用归一化因子 ZS/ZP 将扭曲基算符与物理态关联，ZS/ZP 通过非微扰或微扰匹配估算。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 Nf=2+1+1 扭曲质量格点 QCD 中，η 和 η′ 介子质量如何依赖于轻夸克质量？
• RQ2 η 和 η′ 介子的味成分（奇异、粲、轻）是什么？其随夸克质量如何变化？
• RQ3 裸奇异夸克与粲夸克质量的选择如何影响 η 和 η′ 介子质量？改进的调节有何影响？
• RQ4 能否从 3×3 相关矩阵中可靠提取 η′ 介子质量？是否需要更大的矩阵？
• RQ5 物理态与味本征态之间的混合角是多少？其在不同组态上是否稳定？

主要发现

• 在 π 介子质量从 270 到 500 MeV 的范围内，η 介子质量被高精度确定，且对轻夸克质量的依赖性微弱。
• 在 3×3 矩阵中，η′ 介子质量显著更嘈杂，需使用更大的相关矩阵才能可靠提取，尽管初步结果与物理值一致。
• η 介子主要由奇异夸克组成，粲夸克贡献虽非零但较小；而 η′ 主要由轻夸克组成。
• 在物理态与味本征态之间，初步得到约 60° 的混合角，表明 η8 与 η0 成分之间存在强混合。
• 裸奇异夸克与粲夸克质量的选择对 η 质量有明显影响，而 η′ 质量在当前误差范围内相对不敏感。
• 结果表明，对裸奇异夸克与粲夸克质量的改进调节（如在 A80.24s 组态中）可使物理 kaon 和 D 介子质量的计算结果更接近实验值，表明轻夸克区对调节敏感。