QCD中夸克1S能级的精确测量:mc和mb的质量更新

0 下载量 88 浏览量 更新于2024-09-03 收藏 386KB PDF 举报
"扰动QCD中夸克1 S能级中m c和m b的测定" 这篇文章是关于在扰动量子色动力学(QCD)框架下,通过对charm(c夸克)和bottom(b夸克)的1 S能级状态的研究来精确测定这两种重夸克的MS质量。QCD是描述强相互作用的基本理论,它解释了夸克如何通过胶子相互作用形成原子核。在QCD中,夸克的质量可以通过计算它们的能级来估算,而1 S能级是这类计算中的一个关键参考点,因为它对应于最简单的束缚态。 文章在《Physics Letters B》上发表,是一个开放获取的资源,这意味着公众可以免费阅读和使用其研究成果。作者包括Y. Kiyo、G. Mishima和Y. Sumino,分别来自日本东京的骏台大学、东京大学和东北大学的物理系。论文的接收日期为2015年11月10日,接受日期为11月13日,并在11月17日在线发布,编辑为J. Hisano。 研究的核心是通过ε展开进行的,这是一种在QCD中处理渐近自由度的技术,它允许研究人员在保留某些近似的情况下计算高能量过程。在ε展开中,计算通常被分为几个阶,每个阶代表了计算的精确度。在这项工作中,研究人员进行了至下一个至下一个至领先的顺序(N3LO)的计算,这是非常精确的,因为这涉及到包含所有可能的四阶效应。 具体来说,对于charm quark(c),研究者通过比较实验观测到的charmonium(c夸克与c反夸克组成的束缚态,如J/ψ粒子)1 S能级的质量与其在QCD中的理论预测,得出了m_c = 1246 ± 2 (统计误差) ± 4 (α_s 误差) ± 23 (高阶效应误差) MeV的MS质量。这里的MS质量是在特定能量尺度上定义的,它考虑了量子电动力学(QED)和QCD修正。 对于bottom quark(b),同样的方法用于bottomonium(b夸克与b反夸克的束缚态,如Υ粒子)1 S能级,得到m_b = 4197 ± 2 (统计误差) ± 6 (α_s 误差) ± 20 (高阶效应误差) ± 5 (m_c 误差) MeV。这里的最后一个误差项来自于 charm quark 质量的不确定性对 bottomonium 质量计算的影响。 这个结果对粒子物理学和宇宙学具有重要意义,因为精确的夸克质量数据对于理解和预测高能物理过程,如粒子衰变、强相互作用的精确计算以及大爆炸宇宙学模型的构建都是至关重要的。此外,这些测量也有助于验证QCD理论本身,特别是在高阶扰动计算的可靠性方面。通过持续的实验和理论工作,科学家们能够不断提高这些基本粒子性质的估计精度,从而深化我们对自然界基本力的理解。