[論文レビュー] Nonmesonic decay of the Lambda hyperon in nuclear matter - implications on the weak Lambda-N interaction

W. Cassing, L. Jarczyk+7 more|arXiv (Cornell University)|Sep 17, 2001

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、COSY-Jülichで実施された陽子-Au、Bi、U衝突から生成された重いハイパーヌクレオスにおいて、Λハイパーオンの寿命を測定し、τΛ = 145 ± 11 ps を得た。この値は、ΔI = 1/2則を仮定したメソン交換モデルによる予測よりも顕著に短く、非メソン的ΛN崩壊においてこの則が破れている可能性を示唆しており、特に重い核においてΔI = 3/2遷移が支配的であるという主張が強く支持される。

ABSTRACT

The lifetime of the Lambda hyperon in heavy hypernuclei as measured by the COSY-13 Collaboration in proton - Au, Bi and U collisions has been analysed to yield tau(Lambda) = (145 +- 11) ps. This value for tau(Lambda) is compatible with the lifetime extracted from antiproton annihilation on Bi and U targets, however, much more accurate. We find that the dependence of the lifetime tau(Lambda) on the mass of hypernuclei indicates a violation of the phenomenological Delta I = 1/2 rule known from the weak mesonic decays of strange particles. PACS: {13.30.-a}{Decays of baryons} {13.75.Ev}{Hyperon-nucleon interaction} {21.80}{Hypernuclei} {25.80.Pw}{Hyperon-induced reactions}

研究の動機と目的

• 陽子を用いたAu、Bi、U標的における反応で生成された重いハイパーヌクレオスにおけるΛハイパーオンの寿命を高精度で測定すること。
• 核物質内における非メソン的ΛN崩壊の現象論的ΔI = 1/2則の妥当性を検証すること。
• ハイパーヌクレオスにおけるΓn/Γp崩壊率比に関する理論的予測と実験的データの長年の不一致を解消すること。
• 自由状態でのストレンジハドロン崩壊に成立するΔI = 1/2則が、高密度核環境でも成立するかどうかを評価すること。
• メソン交換に基づきΔI = 1/2則を仮定した理論モデルが、観測されたハイパーヌクレオスの寿命を再現できるかどうかを特定すること。

提案手法

• COSY-Jülich加速器でリコイルシャドウ法を用い、陽子誘発反応で生成されたハイパーヌクレオスの崩壊を検出・再構成した。
• Au、Bi、U衝突からのデータを分析し、質量および原子番号の広い範囲（A ≈ 40–238）におけるΛハイパーオンの寿命を抽出した。
• 複数の実験結果を組み合わせて重み付き平均としてτΛ = 145 ± 11 psを算出した。
• ΔI = 1/2則を仮定したメソン交換モデルからの理論的予測と測定された寿命を比較した。
• ΔI = 3/2遷移を許容する位相空間モデルからの予測と測定された寿命の整合性を評価した。
• 観測された寿命を用いてΓn/Γp比を推定し、中間でΔI = 1/2則の破れの仮説を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重いハイパーヌクレオスにおけるΛハイパーオンの測定寿命が、非メソン的ΛN崩壊におけるΔI = 1/2則に基づく理論的予測と矛盾するか？
• RQ2 真空状態でのストレンジハドロン崩壊に成立するΔI = 1/2則が、高密度核物質内でもどの程度成立するか？
• RQ3 観測されたハイパーヌクレオス寿命は、ΔI = 1/2遷移のみを仮定したモデルで説明可能か、それともΔI = 3/2寄与が不可欠か？
• RQ4 重いハイパーヌクレオスにおけるΓn/Γp崩壊率比は、測定された寿命から1より顕著に大きいと示唆されるか？
• RQ5 メソン交換に基づく理論モデルが、短距離クォークダイナミクスを欠いているために、中間のΛハイパーオン崩壊を記述できないのか？

主な発見

• COSY-Jülichにおける陽子-Au、Bi、U衝突からのデータに基づき、重いハイパーヌクレオスにおけるΛハイパーオンの寿命はτΛ = 145 ± 11 psであった。
• この値は、Albericoら（ALB00A）のΔI = 1/2則を仮定した理論的予測（約188 ps）よりも2.7標準偏差短く、顕著な不一致を示している。
• 同様に、Jidoら（JID01）のΔI = 1/2則を仮定した予測（約165 ps）よりも2.0標準偏差短く、不一致が確認された。
• 実験と理論の不一致は、核物質内におけるΛハイパーオンの非メソン的崩壊においてΔI = 1/2則が破れている可能性を示唆している。
• ΔI = 1/2則を放棄した位相空間モデルは、測定された寿命をよりよく記述でき、ΔI = 3/2遷移の顕著な寄与を示唆している。
• 観測された寿命は、重いハイパーヌクレオスにおいてΓn/Γp比が2より大きいことを示唆しており、A ≈ 40–100範囲の実験データ（比値1.5～9.0）と整合的である。