[論文レビュー] Inverse beta-decay in magnetic fields

K. Bhattacharya, Palash B. Pal|ArXiv.org|Nov 26, 1999

Atomic and Subatomic Physics Research参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、弱い磁場下における逆ベータ崩壊（$\nu_e + n \to p + e$）の断面積を、正確なディラック方程式の解を用いて計算している。中性子が静止しているときですら、断面積が中性子の進行方向に依存することを発見し、磁化された中性子星における非対称な中性子放出がパルサーのキックを引き起こす可能性があるメカニズムを示唆している。

ABSTRACT

We calculate the cross section of the inverse beta decay process, $ν_e+n o p+e$, in a magnetic field which is much smaller than $m_p^2/e$. Using exact solutions of the Dirac equation in a constant magnetic field, we find that the cross section depends on the direction of the incident neutrino even when the initial neutron is assumed to be at rest. We discuss the implication of this result for pulsar kicks.

研究の動機と目的

• 弱い磁場が中性子星における逆ベータ崩壊断面積に与える影響を調査すること。
• 磁場が中性子崩壊過程中の中性子の放射の等方性を破るかどうかを特定すること。
• 断面積の方向依存性がパルサーのキックメカニズムに与える影響を調査すること。
• 磁場下におけるディラック方程式の正確な解を用いたきめ細かい量子場理論的計算を提供すること。
• 外部磁場下におけるスピンと運動量の整列が中性子放出に果たす役割を評価すること。

提案手法

• 一定で弱い磁場下におけるフェルミオン（中性子、陽子、電子）のディラック方程式を正確に解く。
• 相対論的量子場理論を用いて、磁場存在下での過程 $\\nu_e + n \to p + e$ の行列要素を計算する。
• 中性子を静止状態とみなして、中性子の進行方向に関する微分断面積を計算する。
• 磁場強度について摂動論的扱いを適用し、$B \ll m_p^2/e$ の条件を仮定する。
• 最終状態粒子のスピンおよび運動量状態（偏光効果を含む）を考慮する。
• 断面積の角度依存性を評価し、中性子放出の非等方性を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 弱い磁場は逆ベータ崩壊の断面積にどのように影響するか？
• RQ2 中性子が静止しているとき、入射中性子の進行方向が断面積に影響を与えるか？
• RQ3 断面積の方向依存性が、中性子放出におけるネットの運動量非対称性を生じるか？
• RQ4 外部磁場下におけるスピンおよびヘリシティの役割は何か？
• RQ5 この効果は、中性子星で観測されるパルサーのキックに寄与する可能性があるか？

主な発見

• 中性子が静止しているときですら、$\nu_e + n \to p + e$ の断面積は入射中性子の運動量の方向に依存する。
• この方向依存性は、陽子および電子といった電荷を持つ最終状態粒子が磁場と結合することに起因し、回転対称性が破れる。
• 摂動論的取り扱いが有効で、正確な解が得られる領域 $B \ll m_p^2/e$ において、この効果は顕著である。
• 断面積の非等方性は、中性子の放射が等方的でないことを示し、中性子星にネットの反動力が働くことを意味する。
• この方向的非対称性は、非対称な中性子放出が星に運動量を転送する可能性のある、パルサーのキックのメカニズムを提供する。
• この結果は、中性子星内の磁場が観測される大規模なキックを生成する上で重要な役割を果たす可能性を示唆している。