[論文レビュー] Polarization Buildup of Stored Protons and Antiprotons: Filtex Result and Implications for Pax at Fair

N. N. Nikolaev, F. F. Pavlov|ArXiv.org|Jan 22, 2006

Atomic and Molecular Physics参考文献 2被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、ストレージリングにおけるスピンフィルタリングのための量子力学的枠組みを構築し、保存された陽子および反陽子の極化蓄積が主に偏光した内部水素標的に通過する際の透過効果によって支配されることを示している。ビーム内でのスピン反転散乱による寄与は無視できるほど小さい。23 MeVの陽子に対するFILTEX実験で測定された極化率0.0124/時間は、72.5 ± 5.8 mbの極化断面積と整合的であり、FAIRのPAX実験でスピンフィルタリングを用いて反陽子の15–25%の極化を達成可能であることを支持する。

ABSTRACT

The spin filtering by a multiple passage of a stored beam through a polarized internal gas target is a unique possibility of polarizing high luminosity beam of antiprotons to a high degree of polarization. Apart from the polarization by the spin-dependent transmission, a unique geometrical feature of spin filtering in storage rings is a scattering of stored particles within the ring \cite{Meyer}. A rotation of the spin in the scattering process affects the polarization buildup. We report here a fully quantum-mechanical evolution equation for the spin-density matrix of a stored beam which incorporates the scattering within the ring. We show how dramatically the interplay of the transmission and scattering within the ring changes from polarized electrons to polarized protons in the atomic target. After discussions of the FILTEX results on filtering of stored protons \cite{FILTEX}, we comment on the strategy of spin filtering of antiprotons for the PAX experiment at GSI FAIR \cite{PAX-TP}.

研究の動機と目的

• 保存ビームと偏光した内部ガス標的に相互作用する際のスピン密度行列の量子力学的進化方程式の構築。
• 複数回の標的通過中に発生するスピン依存透過とビーム内散乱の相互作用の分析。
• FAIRのPAX実験における反陽子の偏光化スピンフィルタリングの可能性の評価。
• 理論的予測とFILTEX実験による陽子極化蓄積測定の一致の確認。
• スピン反転散乱および電子による極化移動がフィルタリング過程に果たす役割の評価。特に、両者のキャンセル効果を示す。

提案手法

• 複数回の偏光内部標的通過中に発生する透過およびビーム内散乱を含むスピン密度行列の量子力学的進化方程式の導出。
• 標的内の偏光原子が生成する擬似磁場におけるビームスピンの進化を組み込む。
• CNI補正を施した核陽子-陽子弾性散乱振幅（リングの受容角を超える領域）を用いてFILTEX実験に形式を適用。
• SAID-SP05データベースおよびNijmegenの位相シフトを用いて理論的極化断面積を計算。
• 再分析されたFILTEX結果（σP = 72.5 ± 5.8 mb）を理論的予測（約86 mb）と比較し、整合性を評価。
• スピン反転散乱寄与が、電子誘起透過効果とキャンセルするため、無視できるほど小さいことを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ビーム内散乱は、偏光内部標的に複数回通過する保存陽子の極化蓄積にどのように影響するか？
• RQ2 スピン反転散乱および電子誘起透過効果は、スピンフィルタリングにおけるネット極化にどの程度寄与するか？
• RQ3 保存陽子の極化蓄積は、透過効果かビーム内散乱効果のどちらが支配的か？
• RQ4 FILTEX実験で測定された極化率は、スピンフィルタリングの理論的モデルと一貫して説明可能か？
• RQ5 FAIRのPAX実験で反陽子を15–25%の極化に達成するには、どの程度の極化断面積が必要か？

主な発見

• 保存陽子の極化蓄積は、実用上すべて透過効果によって制御されており、電子誘起透過効果とキャンセルするため、スピン反転散乱寄与は無視できるほど小さい。
• 再分析されたFILTEX結果から得られる極化断面積はσP = 72.5 ± 5.8 mbであり、理論的予測（約86 mb）と誤差範囲内で整合的である。
• リングの受容角を超える領域におけるCNI補正を施した核陽子-陽子弾性散乱振幅が、Meyerの式に従って極化蓄積を支配する。
• ハドロン的スピン反転振幅と支配的であるクーロン振幅との干渉が消えるため、ビーム内スピン反転散乱は極化断面積に無視できるほど小さい寄与しか与えない。
• 理論的モデルは、FAIRの大型受容角アンチプロトン極化器リング（APR）を用いたスピンフィルタリングによって、反陽子ビームの極化を15–25%に達成可能であると予測している。
• 理論家間で合意しており、電子誘起極化移動とその透過効果とのキャンセルが、ネットフィルタリング効率を理解する上で鍵である。