[論文レビュー] Nuclear applications of ANL-Osaka amplitudes: pion photo-productions on deuteron

Satoshi Nakamura, H. Kamano+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2018

Nuclear physics research studies参考文献 1被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、パイオン-核子および光子-核子散乱のANL-Osaka動的カップルドチャンネルモデルを用い、多重散乱フレームワークでデュートリオンにおけるパイオン光生成反応 $d(\gamma,\pi)NN$ を計算する。最終状態相互作用（FSI）によるパイオンおよび核子交換、特に非殻上効果が、正確な断面積予測に不可欠であることが判明し、$\Delta(1232)$ 共鳴付近および高エネルギー領域で実験データと良好な一致を示す。

ABSTRACT

The Argonne National Laboratory-Osaka University (ANL-Osaka) amplitudes (http://www.phy.anl.gov/theory/research/anl-osaka-pwa/) are applied to study pion photo-production reactions on the deuteron target. Within the multiple scattering formulation, we predict the cross sections of $d(γ,π)NN$ in the nucleon resonance region. The calculations include the impulse term and the final-state interaction (FSI) terms due to pion-exchange and nucleon-exchange. We show that the off-shell effects, calculated from the meson-exchange mechanisms, on the propagations of the exchanged nucleon and pion are significant in determining the reaction amplitudes. The FSI effects on the predicted cross sections are found to be important at energies near the $Δ$(1232) resonance, and are still significant at higher energies. The results are in good agreement with most of the available data of $d(γ,π^0)np$ and $d(γ,π^-)pp$ reactions.

研究の動機と目的

• 核子共鳴状態のためのANL-Osaka動的モデルの信頼性を、デュートリオンにおけるパイオン光生成反応に適用することで検証すること。
• 特にパイオンおよび核子交換メカニズムを介した $d(\gamma,\pi)NN$ 反応における最終状態相互作用（FSI）の役割を調査すること。
• 反応振幅を記述するためのメソン交換電流における非殻上効果の重要性を評価すること。
• $d(\gamma,\pi^{0})np$ および $d(\gamma,\pi^{-})pp$ の反応について、利用可能な実験データとモデルの予測を比較して検証すること。
• エネルギーに依存しないANL-Osaka振幅が、核反応における多重散乱フレームワークに応用可能であることを示すこと。

提案手法

• 相対論的ハミルトニアン形式から導かれたエネルギーに依存しないユニタリ性を持つ $\pi N$ および $\gamma N$ 振幅を、ANL-Osakaモデルから採用する。
• インパルス（単一）散乱および二重散乱（FSI）項を含む多重散乱形式を用いて、$d(\gamma,\pi)NN$ 振幅を計算する。
• パイオン交換および核子交換メカニズムによるFSIを含み、振幅は二体系の重心系フレームで計算し、実験系フレームにローレンツブーストを施す。
• NN 相互作用には CD-Bonn 力を用い、デュートリオン波動関数も同様に採用する。NN および $\pi N$ 振幅には部分波分解を適用する。
• ローレンツブーストおよびスピン回転を処理するため、Polyzou および Keister の手法による相対論的スピン行列変換を適用する。
• 部分波展開を用いて行列要素を評価し、ANL-Osakaモデルの慣習に従った正規化を保つ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ANL-Osaka振幅は、核子共鳴状態領域全域において $d(\gamma,\pi)NN$ 断面積をどの程度正確に予測できるか？
• RQ2 パイオンおよび核子交換による最終状態相互作用（FSI）は、インパルス近似と比較して断面積にどの程度の修正を加えるか？
• RQ3 交換されるパイオンおよび核子伝播関数における非殻上効果は、反応振幅にどの程度の重要性を持つか？
• RQ4 モデルの予測は、$d(\gamma,\pi^{0})np$ および $d(\gamma,\pi^{-})pp$ 反応について、利用可能な実験データを再現できるか？
• RQ5 エネルギーに依存しないANL-Osaka振幅は、核反応における多重散乱フレームワークに信頼性をもって応用可能か？

主な発見

• パイオンおよび核子交換による最終状態相互作用（FSI）の取り入れにより、特に $\Delta(1232)$ 共鳴付近で予測断面積が顕著に修正される。
• 交換されるパイオンおよび核子伝播関数における非殻上効果が、反応振幅を正確に記述するために不可欠であることが判明した。
• $d(\gamma,\pi^{0})np$ および $d(\gamma,\pi^{-})pp$ の断面積に対するモデルの予測は、利用可能な実験データと良好に一致している。
• 最終状態相互作用効果は、$\Delta(1232)$ 共鳴をはるかに超えた高エネルギー領域でも顕著であり、反応ダイナミクスにおける継続的な役割を示している。
• 多重散乱形式は、ANL-Osaka振幅を一貫した核反応フレームワークに統合するのに成功し、その少数体核反応への応用の妥当性を裏付けた。
• データとの整合性は、ANL-Osaka振幅が核環境下での核子共鳴状態を研究するうえで信頼できるものであることを支持する。