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原文已发表在CPL Express Letters栏目
Received 27 May 2022;
online 18 June 2022
EXPRESS LETTER
Novel and Self-Consistency Analysis of the QCD Running Coupling αs(Q) in Both the Perturbative and Nonperturbative Domains
Qing Yu (余青), Hua Zhou (周华), Xu-Dong Huang (黄旭东), Jian-Ming Shen (申建明), and Xing-Gang Wu (吴兴刚)
Chin. Phys. Lett. 2022 39 (7): 071201
DOI: 10.1088/0256-307X/39/7/071201
文章亮点
本文提出了一种新方法确定有效强耦合常数aSg1(Q)在全能区的行为,既保证了分析的自洽性,也实现了该耦合常数微扰与非微扰行为的平滑过渡。
QCD强耦合常数αs(Q)在微扰及非微扰能区跑动行为的新分析
研究背景
量子色动力学(QCD)是描述夸克和胶子间强相互作用的基本理论,它是标准模型理论的重要组成部分。强相互作用的强弱程度可以用随能量标度变化的强耦合常数(aS=αS/π)来度量。QCD渐近自由性质告诉我们:一方面,强耦合常数在高能区内的值较小,可以采用微扰论来估算可观测物理量的值。高能区的强耦合常数随能量标度的变化可用重整化群方程(RGE)来描述,如果通过高能实验数据确定出强耦合常数在某个特定能标如MZ处的值,就可以确定其在整个微扰区域内的精确值。另一方面,强耦合常数在低能区内的值偏大,人们往往采用低能模型来估算它的大小。考虑到低能模型的普适性,人们可以通过拟合大量的低能区实验数据来判断低能模型的正确性及其唯象参数的合理取值范围。若已分别获得强耦合常数在这两个能区内的行为,如何将两者平滑衔接,获得到强耦合常数在全能区内的精确值就变得极为重要。
内容简介
人们利用关于质子与中子自旋结构函数的Bjorken求和规则定义了一类有效强耦合常数aSg1(Q)。基于Jefferson实验室等测量数据,本文提出了一种新方法确定该耦合常数在全物理能区的行为,实现了微扰与非微扰行为的平滑衔接,也符合自洽性要求,即微扰区域的有效能量标度大于微扰与非微扰临界能量标度。首先,本文将aSg1在微扰能区内按(MS) ̅-方案强耦合常数展开的微扰表达式转换为按基于正反重夸克对的散射势能所定义的V-方案强耦合常数展开的微扰表达式。然后,本文采用基于RGE的最大共形原理(PMC)的单能标设定方案获得了微扰收敛性好且与重整化能标选择无关的共形微扰序列,从而获得了更精确的微扰能区内的行为。随后,本文基于Pade近似方法估算了未知高阶项的可能误差。最后,本文通过要求其与非微扰区的光前全息模型在连接点处的斜率相等,寻找到合适的模型参数空间以及微扰和非微扰行为的临界能量标度。图1给出了有效强耦合常数在全能区的随能标跑动行为,它表明了方法的可行性。
研究意义和重要性
本文采用PMC单能标设定方案处理微扰区展开式,在此基础上,成功实现了有效强耦合常数aSg1(Q)在微扰与非微扰区域行为的平滑过渡。这为确定强耦合常数在全能区内的准确行为以及确定微扰与非微扰的准确临界点提供了新思路,也表明PMC确实有助于获得精确的微扰QCD预言。
图1. 有效强耦合常数在全能区的随能标跑动行为。宽带源自于估算的未知高阶项误差和PDG给出的强耦合常数在MZ处的测量误差。
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