[论文解读] Forms of Relativistic Dynamics, Current Operators and Deep Inelastic Lepton-Nucleon Scattering

Felix M. Lev|ArXiv.org|May 24, 1995

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文分析了在相对论动力学的不同形式——即点形式、瞬时形式和前形式——下，当前算符与冲击近似的一致性，聚焦于深度非弹性轻子-核子散射。结果表明，只有点形式在冲击近似中保持洛伦兹不变性、CPT对称性与幺正性；并解释了为何前形式中的部分子模型求和规则会因与相对论对称性的根本不兼容性而高估实验数据。

ABSTRACT

The three well-known forms of relativistic dynamics are unitarily equivalent and the problem of constructing the current operators can be solved in any form. However the notion of the impulse approximation is reasonable only in the point form. In particular, the parton model which is the consequence of the impulse approximation in the front form is incompatible with Lorentz invariance, P invariance and T invariance. The results for deep inelastic scattering based on the impulse approximation in the point form give natural qualitative explanation of the fact that the values given by the parton model sum rules exceed the corresponding experimental quantities.

研究动机与目标

• 澄清不同形式相对论动力学中当前算符的物理一致性。
• 研究冲击近似在相对论动力学的点形式、瞬时形式与前形式中的有效性。
• 解决深度非弹性散射中部分子模型求和规则与实验数据之间的差异。
• 确立前形式中的部分子模型违反洛伦兹不变性、宇称对称性与时间反演对称性。
• 表明仅点形式能在此背景下提供一致、幺正且洛伦兹不变的冲击近似表述。

提出的方法

• 分析三种标准相对论动力学形式——点形式、瞬时形式与前形式——之间的幺正等价性。
• 利用相对论场论与正则量化程序，在每种形式中构造当前算符。
• 在深度非弹性轻子-核子散射中，对每种形式的当前算符矩阵元应用冲击近似。
• 评估所得结构函数在洛伦兹、电荷共轭、宇称与时间反演对称性下的变换性质。
• 将每种形式中冲击近似的预测与部分子模型求和规则及实验数据进行比较。
• 使用群论与代数方法评估当前算符与相对论不变性的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何部分子模型求和规则在深度非弹性散射中高估实验值？
• RQ2 冲击近似是否在所有相对论动力学形式中均与洛伦兹不变性相容？
• RQ3 在点形式、瞬时形式与前形式中，哪一种相对论动力学形式能为当前算符提供一致且幺正的表述？
• RQ4 前形式中洛伦兹对称性的破坏对部分子模型有何影响？
• RQ5 动力学形式的选择如何影响当前算符与相应结构函数的有效性？

主要发现

• 冲击近似仅在相对论动力学的点形式中具有物理一致性。
• 从前形式的冲击近似导出的部分子模型违反洛伦兹不变性、宇称对称性与时间反演对称性。
• 部分子模型求和规则对实验数据的高估，是前形式冲击近似与相对论对称性之间根本不兼容性的直接结果。
• 仅点形式能确保当前算符幺正，并正确变换于庞加莱群下。
• 点形式冲击近似的计算结果为求和规则与实验之间观察到的差异提供了自然且定性的解释。
• 三种相对论动力学形式在幺正性上等价，但当前算符与近似方法的物理诠释与一致性，关键取决于所选形式。