[論文レビュー] Modeling Quasi-elastic Form Factors for Electron and Neutrino Scattering

H. S. Budd, A. Bodek+1 more|ArXiv.org|Aug 2, 2003

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers被引用数 13

ひとこと要約

この論文は、更新された核子電磁形式因子を用いて準弾性ニュートリノおよび電子散乱断面積を再評価し、非零の中性子電気形式因子 $G_E^n$ が抽出された軸ベクトル質量 $M_A$ を 0.025 GeV 減少させることを示している。研究では、形式因子の誤った仮定が、$Q^2$ の形状が一致しても断面積のエネルギー依存性に10%を超える誤差を引き起こす可能性があることを示している。

ABSTRACT

We calculate the total and differential quasielastic cross sections for neutrino and antineutrino scattering on nucleons using up to date fits to the nucleon elastic electromagnetic form factors $G_E^p$, $G_E^n$, $G_M^p$, $G_M^n$, and weak and pseudoscalar form factors. We find that using the updated non-zero value of $G_E^n$ has a significant effect on both the total and differential neutrino and antineutrino quasielastic cross sections. Previous extractions of the weak axial form factor from neutrino scattering data are sensitive to the assumptions that were used for the vector form factors. We perform a re-analysis of previous neutrino data using updated form factors and obtain updated value of the axial vector mass.

研究の動機と目的

• 最新の核子電磁形式因子を組み込むことで、準弾性ニュートリノおよび電子散乱断面積の予測を改善すること。
• 更新された形式因子と $g_A = -1.267$ を用いて、ニュートリノ散乱データからの抽出された軸ベクトル質量 $M_A$ を再評価すること。
• 形式因子の不確実性がニュートリノ断面積のエネルギー依存性および $Q^2$ 依存性に与える影響を定量化すること。
• 重い標的における核効果を記述するフェルミガスモデルの限界を評価し、洗練された核補正の必要性を特定すること。

提案手法

• 電子散乱形式因子 $G_E^p$, $G_E^n$, $G_M^p$, $G_M^n$ をニュートリノ散乱のベクトル形式因子に結びつけるために、保存則に従うベクトルカレント（CVC）仮説を用いる。
• SLACおよびジェファーソン・ラボのデータに基づく $G_E^p$ および $G_E^n$ の更新されたフィット結果を用い、従来のデュアポール近似を置き換える。
• ハドロン的カレント形式論を用いて、$F_A(q^2)$, $F_V^1(q^2)$, および $\xi F_V^2(q^2)$ 形式因子を用いて、ニュートリノおよび反ニュートリノ散乱の全断面積および微分断面積を計算する。
• BBA-2003 形式因子を用いて、歴史的ニュートリノ散乱データを再分析し、修正された $M_A$ 値を抽出する。
• BBA-2003 形式因子とデュアポール形式因子を用いた予測を、実験データ（$Q^2$ 依存性およびエネルギー依存性を含む）と比較する。
• 25 MeV の結合エネルギーと 220 MeV のフェルミ運動量を有するフェルミガスモデルを用いて核効果を評価し、高運動量テイルなどの修正も検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 更新された核子電磁形式因子は、予測される準弾性ニュートリノおよび反ニュートリノ断面積にどのように影響を与えるか？
• RQ2 非零の $G_E^n$ は、ニュートリノ散乱データからの抽出された軸質量 $M_A$ にどのような影響を与えるか？
• RQ3 形式因子の誤った仮定が、ニュートリノ断面積のエネルギー依存性に系統的誤差を引き起こす程度はどの程度か？
• RQ4 更新された形式因子を用いた計算でも、重い標的におけるデータとの乖離が続くのはなぜか？また、欠落している核効果は何か？

主な発見

• 非零の $G_E^n$ の取り入れは、全断面積および微分断面積の両方のニュートリノおよび反ニュートリノ準弾性断面積に顕著な影響を与える。
• 更新された形式因子と $g_A = -1.267$ を用いた過去のニュートリノデータの再分析により、以前の抽出値と比較して抽出された軸質量 $M_A$ は 0.025 GeV 減少した。
• $Q^2$ 依存性が一致しても、形式因子が誤っているとエネルギー依存性の違いにより、断面積の誤差が最大で7.5%に達する可能性がある。
• 重い標的における計算とデータの乖離は依然として存在し、重い核に対する反ニュートリノデータは予測を系統的に下回っている。これはフェルミガスモデルの限界を示唆している。
• $M_A = 1.00$ GeV で BBA-2003 形式因子を用いた断面積比と、$M_A = 1.11$ GeV でデュアポール形式因子を用いた断面積比は、高エネルギー域で最大12%の差を示す。
• 準弾性断面積を正確に決定するには、エネルギー依存の正規化断面積と $Q^2$ 分布の形状の両方の正確な測定が必要である。