[論文レビュー] Deuteron Electro-Disintegration at Very High Missing Momenta

W. Boeglin, Jones, M. K.+27 more|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2014

Nuclear physics research studies参考文献 6被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、$Q^2 = 4.25\ \text{GeV}^2/c^2$ および $x_{\text{bj}} = 1.35$ におけるデュテロンの電離散化の高精度測定を提案し、0.5 から 1.0 GeV/c の欠落運動量における短距離核子-核子相関を調べる。アップグレードされたホールCの分光計（HMSおよびSHMS）を用いて、従来未到達であった運動量領域にアクセスし、最終状態相互作用が小さく、イクォン近似が成り立つと予想される領域を探索することで、高運動量移動におけるデュテロン波動関数および核子形ファクターの直接的検証を可能にする。

ABSTRACT

We propose to measure the D(e,e'p) cross section at $Q^2 = 4.25$ (GeV/c)$^2$ and $x_{bj} = 1.35$ for missing momenta ranging from $p_m = 0.5$ GeV/c to $p_m = 1.0$ GeV/c expanding the range of missing momenta explored in the Hall A experiment (E01-020). At these energy and momentum transfers, calculations based on the eikonal approximation have been shown to be valid and recent experiments indicated that final state interactions are relatively small and possibly independent of missing momenta. This experiment will provide for the first time data in this kinematic regime which are of fundamental importance to the study of short range correlations and high density fluctuations in nuclei. The proposed experiment could serve as a commissioning experiment of the new SHMS together with the HMS in Hall C. A total beam time of 21 days is requested.

研究の動機と目的

• 0.5 から 1.0 GeV/c の欠落運動量において、$Q^2 = 4.25\ \text{GeV}^2/c^2$ および $x_{\text{bj}} = 1.35$ の条件下で D(e,e′p)n 戦断面積を測定し、以前の実験の範囲を超える。
• イクォン近似が有効となる運動量領域を用いて、デュテロンにおける短距離相関および最終状態相互作用の理論的モデルを検証する。
• 今後の重い核における高運動量成分の研究のためのベンチマークデータセットを提供する。
• ホールCの新しいSHMS分光計の性能とソフトウェア統合を検証するための試験的実験として機能する。
• 極端な運動量移動条件下における核子間距離が小さい領域での核子形ファクターおよびデュテロン波動関数の変化を調査する。

提案手法

• HMSおよびSHMS分光計を用いて、陽子と散乱電子を同時に検出するホールCの実験装置を活用する。
• 15 cm の液体デュテロン標的に 80 $\mu$A のビーム電流を照射し、光度を $3.2 \times 10^{38}\ \text{cm}^{-2}\text{s}^{-1}$ に達する。
• 電子および陽子の運動量・角度、および欠落エネルギーに制約を課すことで、排他的な D(e,e′p)n 反応を分離するための運動量的カットを適用する。
• 最終状態相互作用をイクォン近似でモデル化し、この運動量領域では支配的かつ良好に制御可能であると予想される。
• INCLUSIVEコードおよびEPCシミュレーションを用いて信号率を推定し、単独信号率が検出器の能力範囲内に収まることを確認する。
• 時間飛行測定（パイオンと陽子の分離）およびチェレンコフコロリメータを用いてバックグラウンドを排除する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 0.5–1.0 GeV/c の欠落運動量範囲において、$Q^2 = 4.25\ \text{GeV}^2/c^2$ の条件下で D(e,e′p)n 戦断面積はどのように欠落運動量に依存するか？
• RQ2 この高運動量領域において、最終状態相互作用は戦断面積にどの程度の影響を及ぼすか？また、イクォン近似は有効であるか？
• RQ3 デュテロン波動関数および核子形ファクターの理論的モデルは、測定された戦断面積をどの程度よく再現できるか？
• RQ4 高 $Q^2$ および $x_{\text{bj}} > 1$ 条件下で、二体電流およびメソン交換寄与の役割をデータがどの程度制約できるか？
• RQ5 高運動量領域における電磁モーメントの核子非オンシェル効果の影響は何か？

主な発見

• 実験は約139日間のビーム時間を見積もっており、そのうち137日間は最大欠落運動量設定（1.0 GeV/c）に割り当てられる。
• 最大欠落運動量設定では陽子単独信号率が1.6倍に増加し、欠落エネルギーカットなしでは信号対ノイズ比が1:1に達する。
• すべての運動量的およびバックグラウンド除去カットを適用した後、信号対ノイズ比は著しく向上し、類似の過去の実験ではパイオンバックグラウンドは顕著に観測されなかった。
• 戦断面積の推定統計誤差は理論的不確実性と同等であり、FSIを含むさまざまなデュテロン波動関数とモデルとの意味のある比較が可能になる。
• 提案された運動量領域は、以前のE01-020実験（$p_m \leq 0.5\ \text{GeV}/c$ に制限）よりも広い欠落運動量範囲をカバーする。
• 既存のホールCインfraストラクチャ内での実現が可能であり、新しいSHMS分光計の重要な試験的検証として機能する。