[論文レビュー] Birefringence effect in the nuclear pseudoelectric field of matter and an external electric field for a deuteron (nucleus) rotating in a storage ring

V.G. Baryshevsky|ArXiv.org|Apr 8, 2005

Atomic and Subatomic Physics Research参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、ストレージリング内を回転するデュテロンに対して、物質の核仮想電場と外部電場の両方が及ぼす二色性効果を調査し、この効果がデュテロンのテンソル電気感受率に起因してスピンに依存する振動および回転を引き起こすことを示している。主な貢献は、前向散乱断面積の虚部および実部に比例するスピン回転およびディクロイズム信号の導出であり、これにより偏極ガス標的によるデュテロンの電気感受率およびP-,T-奇性相互作用の測定が可能になる。

ABSTRACT

The birefringence effect in the nuclear pseudoelectric field of matter and an external electric field for a particle (deuteron, nucleus) moving in a storage ring is discussed. The influence of the birefringence effect on the EDM measurement experiments is considered. The attention is drawn to the possibility to measure the spin-dependent amplitude of the elastic coherent scattering of a deuteron by a nucleus, the electric polarizability of a deuteron (nucleus). Using a gas target with polarized nuclei also allows to study P-,T-odd interactions.

研究の動機と目的

• ストレージリング内のデュテロンに対して、物質の核仮想電場と外部電場の両方が及ぼす二色性効果を分析すること。
• この二色性効果が、電気電離モーメント（EDM）測定実験に及ぼす影響を、潜在的な系誤差として評価すること。
• 偏極ガス標的による弾性共鳴散乱のスピンに依存する断面積を測定する可能性を検討すること。
• 偏極ガス標的がP-,T-奇性相互作用を調べる上で果たす役割を調査すること。

提案手法

• 零角度でのコherent散乱断面積を用いて、媒質内での屈折率および有効ポテンシャルエネルギーを導出。関係式 $ N = 1 + \frac{2\pi\bar{\rho}}{k^2}f(0) $ を根拠とする。
• 標的ビームの静止系に変換することで、ストレージリング内を運動する束に適用可能な屈折率形式を一般化する。
• ローレンツ不変な位相の考察を適用し、媒質内での有効ポテンシャルエネルギー $ V = -\frac{2\pi\hbar^2}{m}\rho f(0) $ を導出する。
• 光学定理 $ \Im f = \frac{k}{4\pi}\sigma $ を用いて、散乱断面積の虚部と全断面積を関連付ける。
• デュテロン波動関数のS波およびD波成分を用い、スピン状態 $ m = \pm 1 $ と $ m = 0 $ の行列要素の差をもとにスピン回転およびディクロイズム信号を導出する。
• デュテロンのテンソル電気感受率を用いてスピン振動振幅を評価し、積分 $ \mathrm{D} = \int_0^\infty \left( \frac{1}{\sqrt{2}} \frac{u(r)W(r)}{r^2} - \frac{1}{4} \frac{W^2(r)}{r^2} \right) dr $ で表される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 物質の核仮想電場がストレージリング内でのデュテロンスピンダイナミクスに及ぼす二色性効果はどのようなものか？
• RQ2 この二色性効果が、デュテロンの電気電離モーメント（EDM）測定に及ぼす系統的誤差の程度はどの程度か？
• RQ3 偏極ガス標的による二色性を用いて、前向散乱のスピンに依存する断面積を測定できるか？
• RQ4 デュテロンのテンソル電気感受率は、外部電場内でのスピン回転およびディクロイズム信号を生成する上で果たす役割は何か？
• RQ5 デュテロン-陽子およびデュテロン-中性子散乱断面積の実部および虚部は、観測されるスピン振動効果にどのように寄与するか？

主な発見

• 二色性に起因するスピン回転角は $ \Im\{f_p(0)f_n(0)\} $ に比例し、デュテロンのD波構造および積分 $ \mathrm{D} $ を含む係数を介して、高精度実験で測定可能な信号をもたらす。
• スピン回転断面積の虚部は $ \Im d_1 = \frac{3}{2\pi k} \Re\{f_1(0)f_2(0)\} \mathrm{D} $ で与えられ、この効果が散乱断面積の実部に直接関連していることを示している。
• スピン回転断面積の実部は $ \Re d_1 = -\frac{3}{2\pi^2} \left( \Re f_p(0)\sigma_n + \Re f_n(0)\sigma_p \right) \mathrm{D} $ で与えられ、全断面積および散乱断面積に依存していることが示された。
• $(g-2)$ のプリセッションが抑制されている場合、この二色性効果は時間に比例して増大し、その条件下ではEDM実験において支配的信号となる。
• 偏極ガス標的を用いることで、スピンに依存する散乱断面積を通じてP-,T-奇性相互作用を調べられ、標準模型を超える新しい物理を探索する新たな手段が得られる。
• 数値的推定によれば、デュテロンエネルギーが5 GeV未満の範囲ではスピン回転およびディクロイズム信号が顕著であり、図13および14で確認されたように水素標的にも測定可能な効果が得られる。