[论文解读] Hamiltonian Light-Front Field Theory and Quantum Chromodynamics

Robert J. Perry|ArXiv.org|Jul 11, 1994

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用 14

一句话总结

本文提出了一种基于相似变换和耦合一致性处理截断引起的对称性破缺的哈密顿量轻-front场论框架，用于非微扰量子色动力学（QCD）。它从微扰重整化推导出一种新的禁闭机制，表明夸克和胶子传播子中的发散裸质量在色单态中相互抵消，从而导致有限的强子质量以及对数势，暗示了禁闭的存在。

ABSTRACT

Light-front coordinates offer a scenario in which a constituent picture of hadron structure can emerge from QCD, after several difficulties are addressed. Field theoretic difficulties force us to introduce cutoffs that violate Lorentz covariance and gauge invariance, and a new renormalization group formalism based on a similarity transformation is used with coupling coherence to fix cuonterterms that restore these symmetries. The counterterms contain functions of longitudinal momentum fractions that severely complicate renormalization, but they also offer possible resolutions of apparent contradictions between the constituent picture and QCD. The similarity transformation and coupling coherence are applied to QED; and it is shown that the resultant Hamiltonian leads to standard lowest order bound state results, with the Coulomb interaction emerging naturally. The same techniques are applied to QCD and with physically motivated assumptions it is shown that a simple confinement mechanism appears.

研究动机与目标

• 在轻-front坐标下发展一种可处理的非微扰QCD哈密顿量形式，克服由于截断导致的洛伦兹对称性和规范对称性破缺问题。
• 通过展示尽管夸克和胶子的裸质量发散，有限强子质量仍能出现，解决组成夸克模型与QCD之间的明显矛盾。
• 识别出源于重整化哈密顿量中反项结构的新禁闭机制，特别是通过纵向和横向的对数势。
• 建立一个框架，使耦合一致性能微扰地固定反项，从而实现对有效哈密顿量的系统性改进，超越领先阶。
• 为轻-front QCD束缚态方程的数值求解奠定基础，包括重夸克偶素、胶球和轻夸克系统。

提出的方法

• 对轻-front哈密顿量应用相似变换，避免了其他相似变换中常见的小能量分母问题。
• 提出一种基于相似变换的新重整化群形式，系统处理截断依赖性。
• 利用耦合一致性微扰地固定所有反项，确保有效理论中规范对称性和洛伦兹对称性的一致性。
• 推导出依赖于纵向动量分数的QCD哈密顿量及其反项，这些反项对于恢复被破坏的对称性和实现禁闭至关重要。
• 首先将该形式应用于QED，表明库仑相互作用自然出现，从而在扩展到QCD之前验证了该方法的有效性。
• 分析自旋无关两体相互作用中的发散结构，表明其与色单态中发散的裸质量精确抵消。

实验结果

研究问题

• RQ1 在截断正则化下，洛伦兹对称性和规范对称性被破坏时，能否在轻-front量化的QCD中仍涌现出组成夸克图像？
• RQ2 夸克和胶子的发散裸质量如何在色单态中相互抵消，从而产生有限的强子质量？
• RQ3 在轻-front哈密顿量形式中，禁闭的起源是什么？它能否从微扰重整化推导出来？
• RQ4 依赖于纵向动量分数的反项如何有助于恢复对称性并实现一致的非微扰理论？
• RQ5 耦合一致性机制能否系统地固定所有必需的反项，同时保持物理一致性？

主要发现

• 在色单态中，轻-front哈密顿量中夸克和胶子的发散裸质量被自旋无关两体相互作用中的发散项精确抵消，从而导致有限的强子质量。
• 为恢复被破坏对称性而需要的反项包含纵向动量分数的函数，这使重整化更加复杂，但对解决与组成夸克模型的明显矛盾至关重要。
• 一种新的禁闭机制自然地从微扰重整化群中浮现，残余相互作用在纵向和横向方向上生成对数势。
• 相似变换与耦合一致性框架成功重现了标准最低阶QED结果，包括库仑相互作用的出现，从而在更简单的理论中验证了该方法。
• 该形式暗示，强子本征态可能并非仅由最小价夸克构型主导，额外部分子——尤其是胶子——在激发态中起着显著作用。
• 该方法为重夸克偶素、胶球和轻夸克系统的轻-front QCD束缚态方程的数值求解开辟了道路，通过高阶修正有望实现更高的精度。