Strangeness and Charge Symmetry Violation in Nucleon Structure

این پایان نامه دو موضوع کلیدی را مورد بحث قرار می دهد: عجیب بودن و نقض تقارن بار (CSV) در نوکلئون. همچنین یک مقدمه آموزشی برای نظریه میدان مؤثر کایرال متناسب با عصر با دقت بالا کرومودینامیک کوانتومی شبکه (QCD) ارائه می‌کند. از آنجایی که نوکلئون دارای غرابت خالص صفر است، مشاهده پذیرهای عجیب بینش فوق العاده ای در مورد ماهیت خلاء به دست می دهند. آنها فقط می توانند از طریق نوسانات کوانتومی ایجاد شوند که در آن جفت کوارک های عجیب و غریب-ضد عجیب ایجاد می شود. در نتیجه، مقادیر دقیق این مقادیر در QCD در عرصه‌های فیزیک به اندازه آزمایش‌های دقیق QCD، جستجوهای فیزیک فراتر از مدل استاندارد، و تفسیر آزمایش‌های آشکارسازی مستقیم ماده تاریک مهم هستند. به طور مشابه، دانش دقیق مشاهده پذیرهای CSV، با افزایش دقت تجربی، برای تفسیر بسیاری از جستجوهای فیزیک فراتر از مدل استاندارد ضروری شده است. در این پایان نامه، رویکرد نظریه گیج شبکه عددی به QCD با فرمالیسم تئوری اغتشاش کایرال برای تعیین مقادیر عجیب و غریب و CSV در طیف متنوعی از قابل مشاهده‌ها از جمله توده‌های باریون هشت‌گانه، اصطلاحات سیگما، عوامل شکل الکترومغناطیسی و توابع توزیع پارتون ترکیب می‌شود. این پایان نامه تصویری جامع و منسجم از وضعیت فعلی درک غریبگی و نقض تقارن بار در نوکلئون ایجاد می کند.

This thesis discusses two key topics: strangeness and charge symmetry violation (CSV) in the nucleon. It also provides a pedagogical introduction to chiral effective field theory tailored to the high-precision era of lattice quantum chromodynamics (QCD). Because the nucleon has zero net strangeness, strange observables give tremendous insight into the nature of the vacuum; they can only arise through quantum fluctuations in which strange–antistrange quark pairs are generated. As a result, the precise values of these quantities within QCD are important in physics arenas as diverse as precision tests of QCD, searches for physics beyond the Standard Model, and the interpretation of dark matter direct-detection experiments. Similarly, the precise knowledge of CSV observables has, with increasing experimental precision, become essential to the interpretation of many searches for physics beyond the Standard Model. In this thesis, the numerical lattice gauge theory approach to QCD is combined with the chiral perturbation theory formalism to determine strange and CSV quantities in a diverse range of observables including the octet baryon masses, sigma terms, electromagnetic form factors, and parton distribution functions. This thesis builds a comprehensive and coherent picture of the current status of understanding of strangeness and charge symmetry violation in the nucleon.