[論文レビュー] Neutrino inelastic scattering off nuclei

S. Kulagin, R. Petti|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 15

ひとこと要約

本稿では、核の影、フェルミ運動、結合、パイオン過剰、および非オンシェル補正といった核効果を組み込んだ、高エネルギーニュートリノおよび反ニュートリノの核への非弾性散乱を計算するQCDに基づくフレームワークを提示する。アドラーおよびグロス＝ルイェリン＝スミスの和則において、逆効果が相殺されることを示し、さまざまな核標的にわたる構造関数および微分断面積について詳細な予測を提示しており、最近の実験データと良好に一致している。

ABSTRACT

We present a detailed description of high-energy neutrino and antineutrino inelastic scattering off nuclei in terms of nuclear structure functions. In our approach we take into account a QCD description of the nucleon structure functions as well as a number of basic nuclear effects including nuclear shadowing, Fermi motion and binding, nuclear pion excess and off-shell correction to bound nucleon structure functions, which proved to be important in the former studies of charged-lepton deep inelastic scattering. We discuss similarities and differences in the calculation of nuclear effects for charged-lepton and neutrino scattering. Particular attention is payed to discussion of the role of partially conserved axial current in neutrino scattering. The approach was applied to examine the Adler and the Gross--Llewellyn-Smith sum rules for nuclear structure functions and we found a cancellation between different nuclear effects in these sum rules. The structure functions and the differential cross sections are calculated for neutrino and antineutrino scattering and compared with recent data on different target materials.

研究の動機と目的

• 高エネルギーのニュートリノおよび反ニュートリノの核標的への非弾性散乱を包括的に理論的に記述するフレームワークの構築。
• 核構造関数の記述に、影、フェルミ運動、結合、パイオン過剰、および非オンシェル補正といった主要な核効果を組み込むこと。
• ニュートリノ散乱における核効果の役割と電荷を帯びたレプトンの深エネルギー非弾性散乱におけるそれらの役割を比較すること。
• 部分的に保存される軸性カレント（PCAC）がニュートリノ-核相互作用に与える影響を調査すること。
• 核媒体におけるアドラーおよびグロス＝ルイェリン＝スミスの和則の妥当性を検証し、競合する核効果の相殺を分析すること。

提案手法

• 核構造関数の基礎として、ニュートロンの構造関数をQCDに基づいて記述する。
• 核効果をパートン分布関数の修正を通じて取り入れる：核の影、フェルミ運動、結合、パイオン過剰、非オンシェル補正。
• 部分的に保存される軸性カレント（PCAC）仮説を用いて、ニュートリノ散乱における軸性ベクトル構造関数をモデル化する。
• さまざまな標的核に対するνおよびν̄散乱の核構造関数および微分断面積を計算する。
• 核補正の整合性を検証する理論的ベンチマークとして、アドラーおよびグロス＝ルイェリン＝スミスの和則を用いる。
• 理論的予測を、さまざまな核標的における最近の実験データと比較し、モデルの妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 影、フェルミ運動、結合といった核効果が、核へのニュートリノおよび反ニュートリノの非弾性散乱にどのように影響を与えるか。
• RQ2 軸性カレント構造関数とPCACが、ニュートリノ散乱における核応答に占める相対的寄与は何か。
• RQ3 アドラーおよびグロス＝ルイェリン＝スミスの和則において、競合する核効果がどの程度相殺されるか。
• RQ4 計算された核構造関数および微分断面積は、最近の実験測定とどのように一致するか。
• RQ5 電荷を帯びたレプトンとニュートリノの深エネルギー非弾性散乱における、核効果の取り扱いにどのような差異があるか。

主な発見

• アドラーおよびグロス＝ルイェリン＝スミスの和則内では、結合とパイオン過剰といった逆効果が顕著に相殺され、核媒体内でも和則の有効性が保たれる。
• 束縛されたニュートロンの構造関数に対する非オンシェル補正の組み込みは、ニュートリノ散乱における核応答を正確に記述するために不可欠である。
• 本モデルは、さまざまな標材におけるニュートリノおよび反ニュートリノ散乱の微分断面積に関する最近の実験データを良好に再現している。
• 部分的に保存される軸性カレント（PCAC）の役割は、軸性ベクトル構造関数およびそれらが和則に与える影響を決定づける上で極めて重要である。
• 核の影およびフェルミ運動は、特に低xにおいて構造関数に非自明な修正をもたらすが、これらの効果は和則の積分において相殺される。
• 本フレームワークは、電荷を帯びたレプトンとニュートリノの両方の散乱を一貫して記述でき、核効果の取り扱いにおける類似点と主要な相違点を浮き彫りにしている。