[论文解读] The Nucleon's Virtual Meson Cloud and Deep Inelastic Lepton Scattering

W. Koepf, L. Frankfurt+1 more|CERN Bulletin|Jul 4, 1995

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文研究了核子的反夸克海是否主要源于其虚胶介子云，通过π介子和K介子交换来模拟海夸克分布。对于味非 singlet 分量，模型与实验数据吻合良好，但对味 singlet 分量则表现不佳，表明在高动量转移尺度下，胶子自由度在核子结构中起着关键作用。

ABSTRACT

We address the question whether the nucleon's antiquark sea can be attributed entirely to its virtual meson cloud and, in essence, whether there exists a smooth transition between hadronic and quark-gluon degrees of freedom. We take into account contributions from $π$ and $K$ mesons and compare with the nucleon's antiquark distributions which serve as a non-perturbative input to the QCD evolution equations. We elucidate the different behavior in the flavor singlet and non-singlet channels and study the dependence of our results on the scale $Q^2$. The meson-nucleon cut-offs that we determine give not only an indication on the size of the region within which quarks are confined in a nucleon, but we find that the scale of these form factors is closely related to the four-momentum transfer, $Q^2$, where gluons are resolved by a high energy probe, and that large meson loop momenta, $|{\bf k}| \approx 0.8$ GeV, contribute significantly to the sea quark distributions. While the agreement of our calculations with data-based parametrizations is satisfactory and scale independent for the flavor breaking share of the nucleon's antiquark sea, the flavor singlet component is quite poorly described. This hints the importance of gluon degrees of freedom.

研究动机与目标

• 确定核子的反夸克海是否主要源自其虚介子云，特别是π介子和K介子。
• 评估核子结构中强子自由度与夸克-胶子自由度之间的平滑过渡。
• 将介子云模型的预测与基于实验数据的反夸克分布参数化进行比较。
• 研究介子圈贡献的尺度依赖性及其与胶子被分辨的Q²尺度的关系。
• 评估大介子圈动量（|k| ≈ 0.8 GeV）在生成海夸克分布中的作用。

提出的方法

• 作者采用包含π和K介子的介子交换模型，通过虚介子圈生成核子的海夸克分布。
• 利用有效介子-核子顶点和形式因子，计算味 singlet 和味非 singlet 通道中的反夸克分布。
• 模型引入依赖动量的形式因子，其截断值通过拟合结构函数的实验数据确定。
• 将结果与QCD演化方程中使用的核子海夸克分布的拟合参数化进行比较。
• 通过改变Q²（四维动量转移）来分析结果的尺度依赖性，以探测胶子自由度的分辨。
• 该模型假设介子云对海夸克含量有贡献，且截断值反映了夸克禁闭的空间范围。

实验结果

研究问题

• RQ1 核子的反夸克海是否可完全由其虚介子云（特别是π和K介子）解释？
• RQ2 核子结构中强子自由度与夸克-胶子自由度之间是否存在平滑过渡？
• RQ3 介子圈对海夸克的贡献如何依赖于动量转移尺度Q²？
• RQ4 大介子圈动量（|k| ≈ 0.8 GeV）在产生观测到的海夸克分布中所占的贡献程度如何？
• RQ5 为何尽管在非 singlet 通道中模型与数据吻合良好，却无法描述反夸克海的味 singlet 分量？

主要发现

• 该模型在核子反夸克海的味非 singlet 分量上与基于实验数据的参数化达到令人满意的吻合。
• 反夸克分布的味 singlet 分量无法被介子云模型良好描述，表明胶子自由度存在显著的缺失贡献。
• 动量大小约为|k| ≈ 0.8 GeV的介子圈动量对海夸克分布有显著贡献，表明存在非微扰动力学机制。
• 介子-核子形式因子中的截断值被发现与胶子被高能探测器分辨的Q²尺度密切相关。
• 对于味破缺（非 singlet）分量，结果的尺度依赖性较弱，表明该领域中介子云模型具有鲁棒性。
• 结果表明，核子中夸克被禁闭区域的大小反映在介子圈截断值中，而这些截断值与胶子分辨的尺度相关。