Nucleon axial and pseudoscalar isovector form factors from lattice QCD

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	26 July 2021
Referee:	Prof. Dr. Andreas Schäfer and Prof. Dr. Christoph Lehner
Date of exam:	7 May 2021
Institutions:	Physics > Institute of Theroretical Physics > Chair Professor Schäfer > Group Andreas Schäfer
Keywords:	Quantum Chromodynamics, Lattice Gauge Theory, Form Factors, Nucleon
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	46419

Abstract (English)

The axial structure of the nucleon, in particular the iso-vector axial and (induced) pseudoscalar form factors, can be analyzed from first principles using Monte Carlo techniques in lattice QCD. Effective field theory predicts that pseudoscalar form factors are dominated by a pion pole, which originates from an exchange of a virtual pion. While experiments show agreement with this expectation, ...

Abstract (English)

The axial structure of the nucleon, in particular the iso-vector axial and (induced) pseudoscalar form factors, can be analyzed from first principles using Monte Carlo techniques in lattice QCD. Effective field theory predicts that pseudoscalar form factors are dominated by a pion pole, which originates from an exchange of a virtual pion. While experiments show agreement with this expectation, previous lattice results have violated it. We show that this discrepency can be traced back to excited state contaminations in the three-point correlation function.

To this end we use effective field theory to gain insight into the structure of nucleon pion excited state contributions, which enables us to disentangle the ground state contribution reliably. The extracted form factors then satisfy the pion pole dominance assumption as well as the constraints due to the partial conservation of the axial current up to expected discretization effects. Using a large landscape of ensembles, mostly generated within the CLS-effort, we examine the parametrization dependance and take all relevant limits. We find good agreement both with experiment and with predictions from chiral perturbation theory.

Translation of the abstract (German)

Die axiale Struktur des Nukleons, insbesondere die Iso-Vektoraxialen und (induzierten) pseudoskalaren Formfaktoren, kann,innerhalb der Gitter QCD, mit Monte Carlo Techniken aus den Grundprinzipien analysiert werden. Mithilfe von effektiver Feldtheorie findet man, dass pseudoskalare Formfaktoren von einemPion-Pol dominiert werden, welcher vom Austausch eines virtuellen Pions herrührt. Während ...

Translation of the abstract (German)

Die axiale Struktur des Nukleons, insbesondere die Iso-Vektoraxialen und (induzierten) pseudoskalaren Formfaktoren, kann,innerhalb der Gitter QCD, mit Monte Carlo Techniken aus den Grundprinzipien analysiert werden. Mithilfe von effektiver Feldtheorie findet man, dass pseudoskalare Formfaktoren von einemPion-Pol dominiert werden, welcher vom Austausch eines virtuellen Pions herrührt. Während Experimente mit dieser Erwartungübereinstimmen, haben frühere Gitter Ergebnisse sie nicht erfüllt.Wir zeigen, dass diese Diskrepanz auf die Kontamination derDrei-Punkt Korrelationsfunktion von angeregten Zuständenzurückgeführt werden kann.
Zu diesem Zweck benutzen wir effektive Feldtheorie, um einenEinblick in die Struktur der angeregten Nukleon-Pion Zustände zugewinnen, was es uns erlaubt den Beitrag des Grundzustandszuverlässig zu isolieren. Die extrahierten Formfaktoren erfüllendann die Voraussage der Pion-Pol Dominanz, sowie die Einschränkungder partialen Erhaltung des axialen Stroms bis auf zu erwartendeDiskretisierungseffekte. Mittels einer weiten Landschaft vonEich-Ensembles, welche hauptsächlich durch die CLS-Bemühungenerzeugt wurden, untersuchen wir die Parametrisierungsabhängigkeitund bestimmen alle relevanten Grenzwerte. Wir finden eine guteÜbereinstimmung sowohl mit Experimenten als auch mit Vorhersagenaus Chiraler Störungstheorie.

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