[论文解读] Photon-pion transition form factor: BABAR puzzle is cracked

A. E. Dorokhov|arXiv (Cornell University)|Mar 24, 2010

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用 3

一句话总结

该论文通过证明非微扰QCD动力学可导致pion转换形式因子的两种不同渐近行为，解决了BABAR谜题：一种是标准的1/Q²行为，另一种是对数增强的ln(Q²)/Q²行为。利用具有动力学夸克质量Mq ≈ 125 MeV和小非局域性尺度Λ ∼ 0.01 GeV⁻²的非局域手征夸克模型，该模型成功描述了CELLO、CLEO和BABAR的数据，表明pion分布振幅呈平坦形态，与冻结的QCD演化一致。

ABSTRACT

Recently, the BABAR collaboration published (arXiv:0905.4778) data for the photon-pion transition form factor $F_{πγγ^{\ast}}(Q^{2})$, which are in strong contradiction to the predictions of the standard factorization approach to perturbative QCD. Immediately afterwards, two mechanisms were suggested (A.E. Dorokhov, arXiv:0905.4577; A.V. Radyushkin, arXiv:0906.0323), that logarithmically enhance the form factor asymptotics and therefore provide a qualitatively satisfactory description of the BABAR data. However, the physics of the BABAR effect was not fully clarified. In the present work, based on a nonperturbative approach to the QCD vacuum and on rather universal assumptions, we show that there exists two asymptotic regimes for the pion transition form factor. One regime with asymptotics $F_{πγ^{\ast}γ}(Q^{2})\sim1/Q^{2}$ corresponds to the result of the standard QCD factorization approach, while other violates the standard factorization and leads to asymptotic behavior as $F_{πγ^{\ast}γ}(Q^{2})\sim\ln(Q^{2})Q^{2}$. Furthermore, considering specific nonlocal chiral quark models, we find the region of parameters, where the existing CELLO, CLEO and BABAR data for the pion transition form factor are successfully described.

研究动机与目标

• 解决BABAR数据与标准pQCD因子化预测之间在光子-pion转换形式因子上的差异。
• 识别导致高Q²下形式因子对数增强的非微扰QCD机制。
• 确定非局域手征夸克模型是否能同时描述CELLO、CLEO和BABAR实验的数据。
• 阐明pion分布振幅和夸克凝聚在解释BABAR异常现象中的作用。
• 评估QCD演化和归一化标度在拟合高动量转移数据模型中的影响。

提出的方法

• 基于对夸克-反夸克相互作用的普遍假设，发展一种非微扰QCD真空方法。
• 构建具有两个参数的非局域手征夸克模型：动力学夸克质量Mq和非局域性尺度Λ。
• 使用α-表示法和依赖于Mq与Λ的顶点函数，推导pion转换形式因子。
• 分析在不同端点抑制条件（强抑制与弱抑制）下pion分布振幅φπ(x)的行为。
• 将模型预测与CELLO、CLEO和BABAR在Q²范围4–40 GeV²内的实验数据进行比较。
• 通过拟合模型参数以重现数据，重点聚焦于形式因子呈现ln(Q²)/Q²行为 regimes 的区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 非微扰QCD动力学能否解释BABAR在高Q²下观测到的pion转换形式因子中的对数增强？
• RQ2 pion分布振幅在何种条件下会导致ln(Q²)/Q²渐近行为，而非标准的1/Q²行为？
• RQ3 在非局域手征夸克模型中是否存在一个特定参数区域，能同时描述CELLO、CLEO和BABAR的数据？
• RQ4 所观测到的行为是否意味着极低的归一化标度，与冻结的QCD演化一致？
• RQ5 夸克凝聚和动力学夸克质量在实现与BABAR数据良好拟合中起什么作用？

主要发现

• 该模型识别出两种渐近行为：标准1/Q²行为和由于pion分布振幅端点抑制较弱而产生的新型ln(Q²)/Q²行为。
• 对实验数据的最佳拟合要求动力学夸克质量Mq ≈ 125 MeV，且不确定性极小。
• 非局域性参数被确定为Λ ∼ 0.01 GeV⁻²，表明模型几乎为局域模型，具有平坦的动量空间调节器。
• pion分布振幅与平坦或弱抑制的形状一致，支持在BABAR运动学区域中出现ln(Q²)/Q²渐近行为。
• 该模型的成功意味着极低的归一化标度，与冻结QCD演化一致，与先前研究的论断相符。
• 夸克凝聚较大，表明在低动量标度下存在强烈的规范对称性自发破缺，支持该解的非微扰本质。