[论文解读] Light hadron spectrum and quark masses in 2+1 flavor QCD

Cp-Pacs, Jlqcd Collaborations+17 more|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2005

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

一句话总结

本论文采用非微扰O(a)改进的威尔逊夸克作用量和伊瓦斯aki规范作用量，对2+1味格点QCD进行模拟，以计算轻强子谱和夸克质量。通过从两个格点间距外推至连续极限，得到介子质量和夸克质量的结果为 $ m_{ud}^{ar{MS}}(2~\text{GeV}) = 3.34(23)~\text{MeV} $ 和 $ m_s^{ar{MS}}(2~\text{GeV}) = 86.7(5.9)~\text{MeV} $，与实验结果相符，且与之前Nf=2的结果一致。

ABSTRACT

CP-PACS and JLQCD collaborations are carrying out a joint project of the 2+1 flavor full QCD simulation. Gauge configurations are generated for the non-perturbatively $O(a)$-improved Wilson quark action and the Iwasaki gauge action using PHMC algorithm at three lattice spacings, $a\sim 0.076$, 0.010 and 0.122 fm, with a fixed physical volume $(2.0 fm)^3$. We present analysis for the light meson spectrum and quark masses in the continuum limit, which are determined using data obtained from the simulations at the two coarser lattices. Our simulations reproduce experimental values of meson masses. The ud and strange quark masses turn out to be $m_{ud}^{\bar{MS}}(μ=2 GeV)=3.34(23) MeV$ and $m_s^{\bar{MS}}(μ=2 GeV)=86.7(5.9) MeV$. We also show preliminary results at our finest lattice spacing for which simulations are still being continued.

研究动机与目标

• 计算包含动力学上夸克、下夸克和奇异夸克的2+1味QCD中的轻强子谱和夸克质量。
• 通过引入超出冻结近似和Nf=2近似的动力学夸克，减少格点QCD中的系统误差。
• 利用非微扰O(a)改进作用量和多个格点间距，实现连续极限结果。
• 比较不同夸克质量定义（VWI与AWI）的结果，并评估量纲破坏效应。

提出的方法

• 模拟使用伊瓦斯aki规范作用量和非微扰O(a)改进的威尔逊夸克作用量，并引入克莱弗尔改进项。
• 通过多项式混合蒙特卡罗（PHMC）算法生成格点配置，共使用三个格点间距：a ≈ 0.076、0.099 和 0.122 fm，物理体积固定为(2.0 fm)³。
• 通过赝标流、矢量流和轴矢量流的时间相关函数，利用抽样源和点源提取介子质量。
• 通过矢量和轴矢量流的Ward恒等式定义确定夸克质量，并采用二次拟合方法进行连续极限外推。
• 利用圈改进的一圈微扰理论计算Z因子，并通过四圈跑动公式将结果演化至μ=2 GeV。
• 统计误差通过100条轨迹分箱的jackknife方法估算。

实验结果

研究问题

• RQ1 在连续极限下，2+1味QCD中的轻强子谱是什么？与实验结果相比如何？
• RQ2 在μ=2 GeV的$\overline{MS}$方案下，上夸克和奇异夸克质量与实验值相比如何？
• RQ3 哪种夸克质量定义（VWI或AWI）的量纲破坏效应更小，且连续极限外推更可靠？
• RQ4 2+1味QCD的结果与冻结近似和Nf=2 QCD模拟结果相比有何异同？
• RQ5 有限格点间距对夸克质量确定有何影响？如何校正？

主要发现

• 在连续极限下，轻强子谱与实验值高度一致，验证了2+1味模拟的可靠性。
• 在μ=2 GeV的$\overline{MS}$方案下，上夸克和下夸克质量被确定为 $3.34(23)~\text{MeV}$。
• 在μ=2 GeV的$\overline{MS}$方案下，奇异夸克质量被确定为 $86.7(5.9)~\text{MeV}$。
• AWI夸克质量定义表现出比VWI定义更小的量纲破坏效应，因此连续极限外推更可靠。
• 2+1味QCD中夸克质量的连续极限结果与Nf=2 QCD结果一致，误差范围内无显著偏差。
• 在最细格点间距（a ≈ 0.076 fm）下的初步结果与连续极限外推一致，尽管统计量仍有限。