[論文レビュー] Neutron skins probed in proton knockout from neutron-rich nuclei

C. A Bertulani, R. V. Lobato|arXiv (Cornell University)|Jan 3, 2026

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ひとこと要約

論文は包摂的な (p,2p) および (p,3p) 断面積と破片運動量分布を計算する統一的 Glauber ベースの枠組みを提案し、中性子皮厚が中性子過剰核での感度を示し、陽子誘起のノックアウトを等値核構造の探査手段として提案する。

ABSTRACT

Proton-induced quasifree knockout reactions provide a powerful probe of nuclear single-particle structure and reaction dynamics in both stable and neutron-rich nuclei. In this work we develop a unified theoretical framework for the calculation of inclusive (p,2p) and sequential (p,3p) reaction cross sections and fragment momentum distributions at intermediate and relativistic energies. The approach is based on a probabilistic extension of Glauber multiple-scattering theory combined with microscopic nuclear densities obtained from Hartree-Fock-Bogoliubov calculations using Skyrme energy-density functionals. We focus in particular on the sensitivity of total cross sections and longitudinal momentum dispersions to neutron-skin thickness along isotopic chains. Our results indicate that both (p,2p) and (p,3p) reactions exhibit a systematic decrease of cross section and momentum width with increasing neutron excess, reflecting enhanced attenuation and surface bias induced by neutron skins. The effect is significantly stronger for two-proton removal, suggesting that (p,3p) reactions may offer enhanced sensitivity to isovector nuclear structure. These findings establish proton-induced knockout reactions as complementary hadronic probes of neutron skins and the density dependence of the nuclear symmetry energy.

研究の動機と目的

• 中性子皮厚さが中性子過剰核における陽子誘起ノックアウト観測量へ与える影響を定量化する。
• 包摂的 (p,2p) および逐次的な (p,3p) 断面積と破片運動量分布の統一理論枠組みを開発する。
• Hartree-Fock-Bogoliubov 密度と Skyrme 函数als の microscopic densities と Glauber 理論の確率的拡張を組み込む。
• 同位体列に沿った σ_pN^tot および運動量分散の ΔR_np への感度を評価する。
• ノックアウトデータの解釈における反応動力学と表面特性の役割を強調する。

提案手法

• 衝突間のエイコナル伝播を含む Glauber 多重散乱理論の確率的拡張を用いる。
• NA との相互作用をプロファイル関数と媒体依存の NN 断面積でモデル化する。これは SAID 振幅に基づく。
• 生存確率、単一粒子波動関数、散乱角度をエンコードする K 関数を積分して断面積を計算する。
• 中性子・陽子分布を記述するため 22 個の Skyrme 相互作用からの Hartree-Fock-Bogoliubov 密度を使用する。
• 積分を簡略化するため平面図形仮定を用い、衝突パラメータと座標のモンテカルロサンプリングを行う。
• ISM/FSI での減衰と表面バイアスに neutron skin 効果を関連づけ、ρ_n(r) の感度を強調する。σ_pN^tot および運動量分散の感度。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中性子皮厚 ΔR_np は中性子過剰核における総括 (p,2p) および (p,3p) 断面積にどのような影響を与えるか。
• RQ2 陽子誘起ノックアウト反応は等値核構造と対称性エネルギーの感度を示す有力なプローブとなるか。
• RQ3 表面特性と減衰は (p,2p) および (p,3p) で破片運動量分布を形成する際にどのような役割を果たすか。
• RQ4 異なる Skyrme 函数als（isovector セクター）は同位体列に沿った中性子皮とノックアウト観測量にどのように影響するか。
• RQ5 逐次的な (p,3p) メカニズムは中性子豊富系を探る直接的過程よりどの程度支配的か。

主な発見

• Both (p,2p) and (p,3p) cross sections and longitudinal momentum dispersions decrease with increasing neutron excess, indicating stronger attenuation and surface bias from neutron skins.
• The hierarchy σ(p,3p) > σ(p,2p) is explained by the recoil mechanism and persists along isotopic chains.
• Two-proton knockout shows stronger sensitivity to neutron-skin effects than single-proton knockout, suggesting enhanced isovector sensitivity in (p,3p) observables.
• Neutron skin thickness ΔR_np in Sn isotopes increases with neutron number across 22 Skyrme interactions, with larger skins for stiffer symmetry energy and sizable model spread at high N.
• Predictions using HFB densities with Skyrme functionals reproduce trend in experimental cross sections and reveal significant model dependence in ΔR_np for neutron-rich isotopes.
• The framework emphasizes the importance of microscopic, density-dependent treatments for interpreting knockout data and constraining the nuclear symmetry energy.