[論文レビュー] Information content of the parity-violating asymmetry in $^{208}$Pb

P.‐G. Reinhard, X. Roca-Maza+1 more|PubMed|May 31, 2021

Nuclear physics research studies参考文献 44被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、多様な相対論的および非相対論的エネルギー密度関数形を用いて、$^{208}$Pbにおけるパリティ破れ対称性のずれ $A_{\rm PV}$ を再評価した。実験的 $A_{\rm PV}$ およびダイポール分極率 $α_{\rm D}$ のデータを用いて新しい関数形をキャリブレーションした。その結果、中性子皮の厚さは $r_{\rm skin} = 0.19 \pm 0.02$ fm、対称性エネルギーの勾配 $L = 54 \pm 8$ MeV であることが得られ、これらは過去の推定値よりも顕著に低い値であった。一方、CREX実験でテストされる予定の $^{48}$Ca における $A_{\rm PV} = 2400 \pm 60$ ppb の予測も得られた。

ABSTRACT

The parity-violating asymmetry A_{PV} in ^{208}Pb, recently measured by the PREX-2 Collaboration, is studied using modern relativistic (covariant) and nonrelativistic energy density functionals. We first assess the theoretical uncertainty on A_{PV} which is intrinsic to the adopted approach. To this end, we use quantified functionals that are able to accommodate our previous knowledge on nuclear observables such as binding energies, charge radii, and the dipole polarizability α_{D} of ^{208}Pb. We then add the quantified value of A_{PV} together with α_{D} to our calibration dataset to optimize new functionals. Based on these results, we predict a neutron skin thickness in ^{208}Pb r_{skin}=0.19±0.02 fm and the symmetry-energy slope L=54±8 MeV. These values are consistent with other estimates based on astrophysical data and are significantly lower than those recently reported using a particular set of relativistic energy density functionals. We also make a prediction for the A_{PV} value in ^{48}Ca that will be soon available from the CREX measurement.

研究の動機と目的

• 現代の相対論的および非相対論的エネルギー密度関数形（EDFs）を用いた $A_{\rm PV}$ の理論的不確かさを評価すること。
• PREX-2が測定した $A_{\rm PV}$ と $α_{\rm D}$ などの他の観測量との間に生じる矛盾を、$A_{\rm PV}$ および $α_{\rm D}$ の両方のデータを用いて新しいEDFをキャリブレーションすることで解消すること。
• $^{208}$Pbにおける $r_{\rm skin}$ および対称性エネルギーの勾配 $L$ の改善された、モデルに整合した予測を提供すること。これは天体物理学的制約と整合的であること。
• $^{48}$CaにおけるCREX実験の運動エネルギー条件での $A_{\rm PV}$ 値を予測し、近い将来の実験的測定を支援すること。

提案手法

• 結合エネルギー、電荷半径、および $^{208}$Pbの $α_{\rm D}$ にキャリブレーションされた、定量的相対論的および非相対論的EDFを用い、$A_{\rm PV}$ の内在的理論的不確かさを推定した。
• PREX-2が測定した $q = 0.3978$ fm$^{-1}$ における $A_{\rm PV}$ を含めた拡張キャリブレーションを実施し、$A_{\rm PV}$ と $α_{\rm D}$ の両方の制約を組み合わせた新しいEDFの最適化を可能にした。
• 統計的分析（Dobaczewskiら、2014年）を用いて、異なるEDFファミリー間で $A_{\rm PV}$、$r_{\rm skin}$、$L$、$α_{\rm D}$ の間のモデル不確かさと相関関係を定量化した。
• ディラック部分波コード elsepa を改変し、パリティ破れポテンシャルを含め、$A_{\rm PV}$ の計算においてクーロン歪みおよびPREX-2の受容関数を考慮した。
• 統計的分析により $A_{\rm PV}$ と $r_{\rm skin}$ の相関関係を評価した。SVおよびRMF-PC EDFでは、相関係数が99.9%に達した。
• 最良適合EDFを用いて、$Q^2 = 0.03$ GeV$^2$ の条件における $^{48}$Caの $A_{\rm PV}$ を予測し、モデル分散に基づく不確かさの伝播を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PREX-2が測定した $^{208}$Pbにおける $A_{\rm PV}$ が、多様なEDFを用いて分析された場合、他の核データと根本的な矛盾を生じるか？
• RQ2 EDFの選択に起因する $A_{\rm PV}$ 予測の理論的不確かさはどの程度であり、PREX-2の実験的不確かさと比べてどうか？
• RQ3 $A_{\rm PV}$ および $α_{\rm D}$ の両方のデータが、$^{208}$Pbにおける中性子皮の厚さおよび対称性エネルギーの勾配 $L$ をどのように制約するか？
• RQ4 観測された $A_{\rm PV}$ と $r_{\rm skin}$ 間の相関関係を、モデルキャリブレーションの改善および核物質性質の不確かさ低減にどのように利用できるか？
• RQ5 CREX実験の運動エネルギー条件における $^{48}$Caの $A_{\rm PV}$ 値は予測されるか？また、現在の $α_{\rm D}$ の実験的推定値と比べてどうか？

主な発見

• 中性子皮の厚さ $r_{\rm skin}$ は $0.19 \pm 0.02$ fm と予測され、以前の研究で報告された $0.283 \pm 0.071$ fm より顕著に低い値であった。
• 対称性エネルギーの勾配 $L$ は $54 \pm 8$ MeV に決定され、天体物理学的およびき裂効果場理論（chiral effective field theory）の推定値と整合的であるが、Reed ら（2021年）が報告した $106 \pm 37$ MeV より顕著に低い値であった。
• 理論的不確かさは $A_{\rm PV}$ 予測において6–7 ppb と推定され、PREX-2の系統的誤差（8 ppb）と同等であった。これは $A_{\rm PV}$ がキャリブレーションの観測量として適切であることを支持する。
• 異なるEDFファミリー間で $A_{\rm PV}$ と $r_{\rm skin}$ の間には99.9%の強い相関関係が存在し、$A_{\rm PV}$ が中性子皮構造の感受性の高いプローブであることが確認された。
• CREX実験の運動エネルギー条件における $^{48}$Caの $A_{\rm PV}$ は $2400 \pm 60$ ppb と予測され、近い将来の実験的測定のベンチマークを提供した。
• モデル平均の対称性エネルギー $J$ は $32 \pm 1$ MeV と推定され、最近の天体物理学的およびき裂EFTの制約と整合的であり、Reed ら（2021年）が報告した $38.1 \pm 4.7$ MeV よりも低い値であった。