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在无π介子有效场论中N3LO下(μ介子)氘中的双光子交换

Two-photon exchange in (muonic) deuterium at N3LO in pionless effective field theory.

作者信息

Lensky Vadim, Hagelstein Franziska, Pascalutsa Vladimir

机构信息

Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, 55128 Mainz, Germany.

Paul Scherrer Institut (PSI), 5232 Villigen, Switzerland.

出版信息

Eur Phys J A Hadron Nucl. 2022;58(11):224. doi: 10.1140/epja/s10050-022-00854-z. Epub 2022 Nov 16.

DOI:10.1140/epja/s10050-022-00854-z
PMID:36404796
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9666338/
Abstract

We present a study of the two-photon-exchange (2 -exchange) corrections to the -levels in muonic ( D) and ordinary (D) deuterium within the pionless effective field theory (EFT). Our calculation proceeds up to next-to-next-to-next-to-leading order (N3LO) in the EFT expansion. The only unknown low-energy constant entering the calculation at this order corresponds to the coupling of a longitudinal photon to the nucleon-nucleon system. To minimise its correlation with the deuteron charge radius, it is extracted using the information about the hydrogen-deuterium isotope shift. We find the elastic 2 -exchange contribution in D larger by several standard deviations than obtained in other recent calculations. This discrepancy ameliorates the mismatch between theory and experiment on the size of 2 -exchange effects, and is attributed to the properties of the deuteron elastic charge form factor parametrisation used to evaluate the elastic contribution. We identify a correlation between the deuteron charge and Friar radii, which can help one to judge how well a form factor parametrisation describes the low-virtuality properties of the deuteron. We also evaluate the higher-order 2 -exchange contributions in D, generated by the single-nucleon structure and expected to be the most important terms beyond N3LO. The uncertainty of the theoretical result is dominated by the truncation of the EFT series and is quantified using a Bayesian approach. The resulting extractions of the deuteron charge radius from the D Lamb shift, the transition in D, and the hydrogen-deuterium isotope shift, with the respective 2 -exchange effects evaluated in a unified EFT approach, are in perfect agreement.

摘要

我们展示了在无π介子有效场论(EFT)中对μ子氘(μD)和普通氘(D)中能级的双光子交换(2 - 交换)修正的一项研究。我们的计算在EFT展开中进行到次 - 次 - 次 - 领头阶(N3LO)。在此阶进入计算的唯一未知低能常数对应于纵向光子与核子 - 核子系统的耦合。为了最小化其与氘核电荷半径的相关性,利用关于氢 - 氘同位素位移的信息将其提取出来。我们发现μD中的弹性2 - 交换贡献比其他近期计算结果大几个标准差。这种差异改善了理论与实验在2 - 交换效应大小上的不匹配,并归因于用于评估弹性贡献的氘核弹性电荷形状因子参数化的性质。我们确定了氘核电荷半径与弗里亚半径之间的相关性,这有助于判断一个形状因子参数化对氘核低虚部性质的描述程度。我们还评估了μD中由单核子结构产生的高阶2 - 交换贡献,预计这是N3LO之外最重要的项。理论结果的不确定性主要由EFT级数的截断主导,并使用贝叶斯方法进行量化。从μD兰姆移位、D中的跃迁以及氢 - 氘同位素位移对氘核电荷半径的最终提取结果,以及在统一EFT方法中评估的各自的2 - 交换效应,完全一致。

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