[论文解读] Nucleon Structure and Hyperon Form factor from Lattice QCD

Huey-Wen Lin|ArXiv.org|Jul 25, 2007

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 6

一句话总结

该拉格朗日QCD研究使用域壁费米子在2+1味动力学模拟中进行了核子和超子结构的从头算计算。其得到的轴向耦合常数（1.23(5)）、无极化（0.203(23)）和极化（0.133(13)）结构函数的一阶矩、手征性（0.56(4)）以及质子的奇异磁矩（−0.066(26)）的渐近外推结果与实验一致，同时首次报告了ΣΣ和ΞΞ轴向耦合常数的格点结果，分别为0.441(14)和−0.277(11)。

ABSTRACT

In this work, I report the latest lattice QCD calculations of nucleon and hyperon structure from chiral fermions in 2+1-flavor dynamical simulations. All calculations are done with a chirally symmetric fermion action, domain-wall fermions, for valence quarks. % I begin with the latest lattice results on the nucleon structure, focusing on results from RBC/UKQCD using 2+1-flavor chiral fermion actions. We find the chiral-extrapolated axial coupling constant at physical pion mass point to be 1.23(5), consistent with experimental value. The renormalization constants for the structure functions are obtained from RI/MOM-scheme non-perturbative renormalization. We find first moments of the polarized and unpolarized nucleon structure functions at zero transfer momentum to be 0.133(13) and 0.203(23) respectively, using continuum chiral extrapolation. These are consistent with the experimental values, unlike previous calculations which have been 50% larger. We also have a prediction for the transversity, which we find to be 0.56(4). The twist-3 matrix element is consistent with zero which agrees with the prediction of the Wandzura-Wilczek relation. In the second half of this work, I report an indirect dynamical estimation of the strangeness proton magnetic moments using mixed actions. With the analysis of hyperon form factors and using charge symmetry, the strangeness of proton is found to be $-0.066(26)$, consistent with the Adelaide-JLab Collaboration's result. The hyperon $Σ$ and $Ξ$ axial coupling constants are also performed for the first time in a lattice calculation, $g_{ΣΣ}= 0.441(14)$ and $g_{ΞΞ} = -0.277(11)$.

研究动机与目标

• 使用具有手征性费米子的格点QCD从头算计算核子结构函数和形式因子。
• 实现核子矩阵元在物理π介子质量下的连续手征性外推，将先前约50%的高估值显著降低。
• 首次提供ΣΣ和ΞΞ轴向耦合常数的格点QCD确定结果。
• 通过混合动作方法和电荷对称性，估算质子的奇异磁矩。
• 通过扭角3矩阵元d₁检验Wandzura-Wilczek关系，结果与零一致。

提出的方法

• 使用RBC/UKQCD生成的2+1味动力学规范组型，对价键夸克采用域壁费米子。
• 采用非微扰RI/MOM方案对矩阵元进行重正化，以确保手征对称性保持。
• 利用从300至625 MeV的π介子质量进行连续手征性外推，以达到物理点。
• 采用高斯模糊化源和汇算符，以增强关联函数中的信噪比。
• 采用混合动作方法（阶梯式海夸克、域壁价夸克）计算超子形式因子，并间接提取奇异磁矩。
• 通过涉及r_d^s和电磁半径的关系，利用电荷对称性和格点数据估算G_E^s和G_M^s。

实验结果

研究问题

• RQ1 核子轴向耦合常数g_A的手征性外推值是多少？与实验结果相比如何？
• RQ2 在零动量转移下，无极化和极化核子结构函数的一阶矩是多少？是否与实验值一致？
• RQ3 手征性分布的零阶矩预测值是多少？扭角3矩阵元d₁是否如Wandzura-Wilczek关系所预测的那样为零？
• RQ4 质子的奇异磁矩是多少？与实验值和先前的冻结格点结果相比如何？
• RQ5 ΣΣ和ΞΞ轴向耦合常数的首次格点QCD结果是什么？与手征微扰理论和大N_c估计相比如何？

主要发现

• 手征性外推的轴向耦合常数g_A为1.23(5)，与实验值高度一致。
• 无极化夸克分布的一阶矩为0.203(23)，自旋分布的一阶矩为0.133(13)，两者均与实验一致，且相比先前格点结果（高估约50%）有显著改进。
• 手征性分布的零阶矩预测为0.56(4)，首次在主导阶提供格点QCD估计。
• 扭角3矩阵元d₁与零一致，支持Wandzura-Wilczek关系。
• 质子的奇异磁矩估算为−0.066(26)，与阿德莱德-JLab合作组的冻结结果及当前实验约束一致。
• 首次实现ΣΣ和ΞΞ轴向耦合常数的格点QCD计算，得到g_ΣΣ = 0.441(14)和g_ΞΞ = −0.277(11)，其不确定性显著小于先前的理论估计。