[論文レビュー] Nuclear binding, correlations and the origin of EMC effect

Omar Benhar, I. Sick|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2012

RNA and protein synthesis mechanisms被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、核結合効果を考慮するためのスケーリング変数 $\tilde{y}$ を用いて、軽い核 ($A=3$ から $12$) および無限大の核物質において、中間的 $x \sim 0.5$ の領域における EMC 確率比の傾きと平均核子除去エネルギー $\bar{E}$ の間に強い相関があることを示している。結果から、核結合が $x \sim 0.5$ の領域における EMC 効果を引き起こす主要因であることが明らかとなり、$\tilde{y}$ は Bjorken-$x$ よりも物理的に直感的で正確な枠組みを提供することが示された。

ABSTRACT

Recent data for the slope of the EMC-ratio in the intermediate $x$-region for {\em light} nuclei, with $3 \leq A \leq 12$, have the potential to shed new light on the origin of the EMC effect. Here we study the role of nuclear binding using the scaling variable ${ ilde y}$, best suited to take into account this effect, and the understanding of the average nucleon removal energies, $\bar{E}$, provided by state-of-the-art calculations based on nuclear many body theory. We find an excellent correlation between the new EMC data at $x \sim 0.5$ and $\bar{E}$ for nuclei with $A$ from 3 to $\infty$, indicating that in this $x$ region binding is an important ingredient to explain the EMC effect. The role played by nucleon-nucleon correlations in this context is also discussed.

研究の動機と目的

• 核結合が、特に EMC 効果が顕著に現れる中間的 $x$ 領域における起源に果たす役割を調査すること。
• EMC 確率比 $dR/dx$ の傾きが、平均核子除去エネルギー $\bar{E}$ などの核の性質と相関するかどうかを評価すること。
• 核における深エネルギーギャップ散乱の分析において、Bjorken-$x$ よりも $\tilde{y}$ スケーリング変数がより適切で物理的に意味のある枠組みを提供するかどうかを評価すること。
• 核子間相関と核結合が、観測された $R(x) < 1$ および $x \sim 0.5$ における負の $dR/dx$ を説明する程度を特定すること。
• 核質量スケール全域における普遍性を検証するため、無限大核物質への分析を拡張すること。

提案手法

• 著者らは、核内の非物理的核子からの弾性散乱の運動学的性質に基づいて導かれたスケーリング変数 $\tilde{y}$ を用いて、深エネルギーギャップ散乱データを分析した。
• 平均核子除去エネルギー $\bar{E}$ は、バリエーション多体理論および VMC/GFMC 計算からのグリーン関数モンテカルロ（GFMC）運動量分布を用いて計算した。
• 実験データから、クーロン効果の補正を加えた上で、$^3$He から $^{12}$C および無限大核物質に至る核において、$dR/d\tilde{y}$ の傾きを抽出し、$\bar{E}$ と比較した。
• 本分析は、三核子力の寄与を含む最新の核多体理論に基づくスペクトル関数および運動量分布に依拠している。
• 本手法は、束縛核子の非物理的性質を考慮し、標準部分素粒子モデルの枠組みで核結合を導入する概念的困難を回避している。
• 本研究では、$\tilde{y}$ を用いた結果と $x$ を用いた結果を比較し、$\tilde{y}$ がより優れたスケーリング性と直感的な物理的解釈を提供することが示された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 軽い核において、$x \sim 0.5$ における EMC 確率比の傾きと平均核子除去エネルギー $\bar{E}$ の間に有意な相関が存在するか？
• RQ2 核結合を考慮する上で、Bjorken-$x$ よりも $\tilde{y}$ スケーリング変数が、より正確で物理的に意味のある記述を提供するか？
• RQ3 Fermi 運動や高運動量成分のみでは説明できないが、核結合が、中間的 $x$ における観測された $R(x) < 1$ および負の $dR/dx$ をどれほど説明できるか？
• RQ4 $dR/d\tilde{y}$ と $\bar{E}$ の相関が無限大核物質にまで及ぶか。この相関は、核結合効果の普遍性を示唆するか？
• RQ5 観測された EMC 効果の傾きは、核結合効果のみで定量的に説明可能か。それとも、パイオン増幅や最終状態相互作用といった追加のメカニズムが必要か？

主な発見

• すべての核（$^3$He から無限大核物質まで）において、$x \sim 0.5$ における $dR/d\tilde{y}$ の傾きと平均核子除去エネルギー $\bar{E}$ の間には極めて良好な相関が確認された。
• この相関は、核結合が、$R(x) < 1$ が観測される中間的 $x$ 領域における EMC 効果を説明する上で、主因かつ不可欠な要因であることを確認した。
• $^{12}$C においては、平均除去エネルギー $\bar{E} = 25.2$ MeV および平均運動エネルギー $\bar{T} = 31.2$ MeV であり、その差が $E_0/A = 6.1$ MeV の低値を形成している。
• $\tilde{y}$ をスケーリング変数として用いることで、Bjorken-$x$ よりもスケーリング性が向上し、特に束縛核子に対して物理的に直感的な解釈が可能になった。
• 世界の EMC データへのフィットから得られた無限大核物質における $dR/d\tilde{y}$ の傾きも、$\bar{E}$ と同様の相関を示しており、核質量スケール全域にわたる普遍性が示された。
• 高運動量成分のみでは $R > 1$ および正の傾きが予想されるが、核結合効果を組み込むことでそのトレンドが逆転し、観測された $R < 1$ および $dR/dx < 0$ が得られた。