[論文レビュー] In-medium pion dispersion relation and medium correction of $N\pi\leftrightarrow \Delta$ near the threshold energy of pion production

Ying Cui, Yingxun Zhang+1 more|arXiv (Cornell University)|May 28, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 49被引用数 2

ひとこと要約

本研究は、エネルギー保存則と有効質量の分裂を組み込んだ1ボソン交換モデルを用いて、中性子過剰核物質における中間状態のパイオン分散関係、Nπ→Δ断面積、およびΔ→Nπ崩壊幅を、パイオン生成閾値付近で検討した。その結果、√s < 1.11 GeVの領域で中間状態のNπ→Δ断面積が顕著に増大することが判明し、これは輸送モデルシミュレーションにおけるパイオン多重度およびπ−/π+比を変化させ、対称性エネルギーの制約におけるモデルの不確実性を低減する可能性がある。

ABSTRACT

Transport models cannot simultaneously explain very recent data on pion multiplicities and pion charged ratios of Sn+Sn in the reaction at 0.27 A GeV. This stimulates further investigations on the pion dispersion relation, in-medium $N\pi o \Delta$ cross sections and $\Delta o N \pi$ decay widths near the threshold energy or at subthreshold energy of pion production in isospin asymmetric nuclear matter. In this study, the pion dispersion relation, in-medium $N\pi o \Delta$ cross section and $\Delta o N \pi$ decay width near the threshold energy are investigated in isospin asymmetric nuclear matter by using the one-boson-exchange model. With the consideration of the energy conservation effect, the in-medium $N\pi o\Delta$ cross sections are enhanced at $s^{1/2}<1.11$ GeV in nuclear medium. The prediction of pion multiplicity and $\pi^-/\pi^+$ ratios near the threshold energy can be modified if this effect is considered in transport model simulations.

研究の動機と目的

• 0.27 A GeVのSn+Sn衝突におけるサブ閾値領域で、輸送モデルにおけるパイオン多重度およびπ−/π+比に関する矛盾を解消すること。
• パイオンポテンシャル、πN→Δ断面積、およびΔ→πN崩壊幅の別々の取り扱いに起因する輸送シミュレーションにおけるモデルの不確実性を是正すること。
• 一貫したラグランジアンフレームワークを用いて、スピン対称性に欠ける核物質におけるパイオン自己エネルギー、中間状態断面積、および崩壊幅の統一的理論的記述を提供すること。
• エネルギー保存則と有効質量の分裂が、閾値付近での中間状態Nπ→Δ断面積に与える影響を評価すること。
• これらの媒体補正が、重イオン衝突における観測可能なパイオン生成率および比に与える影響を評価すること。

提案手法

• 相対論的形因子を組み込んだ1ボソン交換モデルを用いて、スピン対称性に欠ける核物質におけるパイオン自己エネルギーを計算する。
• 中間状態における陽子と中性子の有効質量の分裂とエネルギー保存則の効果を組み込み、現実的な中間状態ダイナミクスをモデル化する。
• 同一のラグランジアンから導かれる自己エネルギーおよび頂点補正を用いて、中間状態Nπ→Δ断面積を計算し、一貫性を確保する。
• 修正されたパイオン分散関係と自己エネルギーを考慮して、中間状態におけるΔ→Nπ崩壊幅を評価するが、自己エネルギー計算ではΔ幅を無視して近似を行う。
• パイオン観測量への影響を評価するため、相対論的Vlasov-Uehling-Uhlenbeck（RVUU）フレームワークを基準として用いる。
• 特にサブ閾値エネルギー領域に注目し、既存の実験データおよび理論的モデルと比較して結果を妥当性確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中間状態補正がNπ→Δ断面積に与える影響は、サブ閾値領域の重イオン衝突におけるパイオン多重度およびπ−/π+比にどのように作用するか？
• RQ2 エネルギー保存則と有効質量の分裂が、閾値付近での中間状態Nπ→Δ断面積に与える役割は何か？
• RQ3 中間状態におけるパイオン分散関係は、輸送モデルシミュレーションにおけるπ−/π+比にどのように影響を与えるか？
• RQ4 πN→ΔおよびΔ→πN過程における媒体補正が、対称性エネルギー抽出におけるモデルの不確実性をどの程度低減できるか？
• RQ5 非対称核物質におけるパイオン自己エネルギー、断面積、および崩壊幅の一貫した理論的記述は、輸送モデルの予測を改善できるか？

主な発見

• エネルギー保存則の効果により、特に密度が高くスピン対称性に欠ける核物質では、√s < 1.11 GeVの領域で中間状態Nπ→Δ断面積が増大する。
• Nπ→Δ断面積の増大は、輸送モデルシミュレーションにおける予測パイオン多重度およびπ−/π+比に顕著な変化をもたらす。
• パイオン分散関係およびNπ→Δ断面積に対する媒体補正を組み込むことで、最近のパイオン生成率に関する実験データと輸送モデルとの乖離が低減される。
• 本研究は、輸送モデルにおけるパイオンポテンシャルと中間状態断面積を別々に取り扱う方法が、顕著なモデル依存性を生じることを示し、一貫した理論的枠組みによってこれを緩和可能であることを示している。
• 予測されるπ−/π+比は、特にサブ閾値エネルギー領域で中間状態Nπ→Δ断面積に敏感であり、これは超飽和密度における対称性エネルギーの探査に重要な観測量である。
• 結果から、Nπ→Δ振幅に対する媒体補正が、パイオンポテンシャルに対する補正と同等に、閾値付近におけるパイオン観測量を決定づける要因であることが示唆される。