[论文解读] Nucleon electromagnetic form factors and axial charge from CLS $N_\mathrm{f}=2+1$ ensembles

Dalibor Djukanovic, Tim Harris+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 2015

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 4

一句话总结

本研究使用CLS $N_f=2+1$ 扭曲质量威尔逊费米子与开放时间边界条件，对核子电磁形式因子和轴向荷进行了初步的格点QCD计算。通过两态拟合与求和算符插入方法抑制激发态污染，该工作展示了在精细格点上实现强子可观测量高精度计算的可行性，方法间结果一致，电形式因子表现出显著的π介子质量依赖性，而轴向荷在不同组态间保持一致，尽管存在系统性不确定性。

ABSTRACT

We present preliminary results on the electromagnetic form factors and axial charge of the nucleon from ensembles generated by the CLS effort with $N_\mathrm{f}=2+1$ flavours of non-perturbatively $\mathrm{O}(a)$-improved Wilson fermions and open temporal boundary conditions. Systematic effects due to excited-state contamination are accounted for using both two-state fits and the method of summed operator insertions. This exploratory analysis demonstrates the viability of obtaining precision baryon observables with $N_\mathrm{f}=2+1$ flavours of Wilson fermions on fine lattices, aiming towards controlled chiral and continuum limits in the future.

研究动机与目标

• 使用$N_f=2+1$味格点QCD与O(a)-改进威尔逊费米子，计算核子电磁形式因子与轴向荷。
• 通过两态拟合与求和算符插入方法，解决由激发态污染带来的系统性不确定性。
• 探索在开放边界条件下，于精细格点上实现高精度强子可观测量的可行性。
• 评估未来进行手征极限与连续极限外推时，π介子质量与格点间距对形式因子与轴向荷的影响。

提出的方法

• 使用$N_f=2+1$非微扰O(a)-改进威尔逊费米子与开放时间边界条件的格点组态。
• 采用伍珀塔尔投影与APE投影的规范链接，优化核子插值流中对基态的重叠。
• 利用序列源方法计算两点与三点函数，通过三点与两点函数之比提取形式因子。
• 两态拟合方法用于建模相关函数比值的时间依赖性，以分离基态贡献。
• 求和算符插入方法提供形式因子与轴向荷的替代估计，降低对激发态的敏感性。
• 通过涉及动量空间矩阵元的比值提取有效形式因子，$G_E(Q^2)$与$G_M(Q^2)$通过特定运动学组合确定。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在O(a)-改进威尔逊费米子与开放边界条件下，从$N_f=2+1$味格点QCD中可靠提取核子电磁形式因子？
• RQ2 激发态污染对$G_E(Q^2)$、$G_M(Q^2)$与$g_A$确定的影响有多大？
• RQ3 在当前组态中，形式因子与轴向荷对π介子质量与格点间距的依赖关系如何？
• RQ4 两态拟合与求和算符插入方法在形式因子与轴向荷结果上是否一致？
• RQ5 当前精度能否分辨出格点效应或轴向荷与电磁形式因子中的π介子质量依赖性？

主要发现

• 两态拟合与求和算符插入方法均能良好描述数据，且未相关联的$\chi^2/\mathrm{dof} < 1$，表明统计上的一致性良好。
• 在H105组态上，轴向荷$g_A$的估计值为$g_A \approx 1.25$，与实验值1.2723(23)一致，但求和方法的不确定性较大。
• 电形式因子$G_E(Q^2)$表现出强烈的π介子质量依赖性，$m_\pi = 350$ MeV时的值低于实验Kelly参数化结果。
• 磁形式因子$G_M(Q^2)$表现出微弱的π介子质量依赖性，$\beta=3.4$与$\beta=3.55$组态（$m_\pi=280$ MeV）的数据吻合良好。
• 在$ m_\pi = 220$ 至 $350$ MeV 范围内，轴向荷未表现出明显趋势，表明在当前精度下具有稳定性。
• 有效形式因子表现出曲率，表明存在激发态污染，两态拟合的中心值位于数据点之外，证实了激发态效应的重要性。