[论文解读] Nucleon Transversity Distribution at the Physical Pion Mass from Lattice QCD

Yusheng Liu, Jiunn-Wei Chen+6 more|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2018

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 29

一句话总结

本研究首次使用大动量有效理论（LaMET）进行了在物理π介子质量下的同位旋矢量夸克横向分布函数的格点QCD计算。通过高统计量、大质子动量（3.0 GeV）以及RI/MOM方案下的非微扰重正化，其精度高于全局拟合，且发现海夸克横向分布的对称性差异与零一致，支持了全局分析中关于味对称性的假设。

ABSTRACT

We report a state-of-the-art lattice calculation of the isovector quark transversity distribution of the proton at the physical pion mass. Within the framework of large-momentum effective theory (LaMET), we compute the transversity quasi-distributions using clover valence fermions on 2+1+1-flavor (up/down, strange, charm) HISQ-lattice configurations with boosted proton momenta as large as 3.0~GeV. The relevant lattice matrix elements are nonperturbatively renormalized in regularization-independent momentum-subtraction (RI/MOM) scheme and systematically matched to the physical transversity distribution. With high statistics, large proton momenta and meticulous control of excited-state contamination, we provide the best theoretical prediction for the large-$x$ isovector quark transversity distribution, with better precision than the most recent global analyses of experimental data. Our result also shows that the sea quark asymmetry in the proton transversity distribution is consistent with zero, which has been assumed in all current global analyses.

研究动机与目标

• 使用第一性原理格点QCD计算在物理π介子质量下的质子同位旋矢量夸克横向分布函数（PDF）。
• 减少横向分布函数大-x区域的不确定性，该区域实验数据稀疏，且全局分析严重依赖模型假设。
• 通过从格点QCD直接计算，检验全局分析中长期存在的假设，即反夸克海的横向分布为味对称（即不对称性为零）。
• 通过控制激发态污染和系统误差（采用高统计量和大动量质子态），推进格点QCD部分子分布计算的精度。

提出的方法

• 采用大动量有效理论（LaMET），从大动量（Pz = 3.0 GeV）的质子态格点矩阵元计算横向分布的准PDF。
• 使用具有物理π介子质量的2+1+1味HISQ格点和海德堡价夸克费米子，计算完整捕捉了横向分布的动量依赖性。
• 在正则化无关动量减法（RI/MOM）方案下执行非微扰重正化，以确保对重正化效应的系统控制。
• 利用LaMET框架中导出的微扰匹配系数，将准PDF匹配到物理横向分布PDF。
• 应用多级、多源-汇分离分析方法，以抑制关联函数中的激发态污染。
• 系统性地估计有限体积、格点间距和归一化带来的不确定性，并以平方和方式合并，得到稳健的最终结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 在物理π介子质量下，质子的同位旋矢量夸克横向分布函数是多少？其格点QCD计算的精度如何？
• RQ2 该格点QCD计算是否支持全局拟合中所采用的海夸克横向分布味不对称性为零的假设？
• RQ3 有限体积、格点间距和激发态污染等系统效应如何影响大-x区域最终横向分布PDF的可靠性？
• RQ4 质子动量选择（Pz = 3.0 GeV）相较于以往低动量计算，如何提升横向分布提取的可靠性与精度？

主要发现

• 同位旋矢量横向PDF的提取精度显著高于最近的全局分析，尤其在大-x区域。
• 结果在整个x范围（0 < x < 1）内为正定分布，未表现出负值或非物理行为。
• 海夸克横向分布不对称性与零一致，首次提供了直接的格点QCD证据，支持全局拟合中使用的味对称性假设。
• 总系统性不确定性为5.4%，主要由非微扰重正化过程中重正化尺度的依赖性主导。
• 结果在2σ范围内与JAM17全局拟合一致，且与LMPSS17约束拟合表现出显著一致性，但不确定性显著更小。
• 与ETMC在较低动量（1.4 GeV）下的计算结果之间的差异，归因于傅里叶变换中动量截断带来的系统效应，表明更高动量可提升反夸克区域的准确性。