[論文レビュー] Polarization-transfer measurement to a large-virtuality bound proton in the deuteron

ALICE Collaboration, I. Yaron+29 more|arXiv (Cornell University)|Feb 19, 2016

Advanced NMR Techniques and Applications被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、中性子を伴う準自由 $^{2}\mathrm{H}(\vec{e},e'\vec{p})n$ 反応において偏光転送比を測定し、核内における陽子の電磁形式関数の修正を調べる。その結果、自由陽子の挙動からのずれは、核密度ではなく、はね出された陽子の仮想性（off-shellness）に強く依存していることが示され、これは、平均場相互作用ではなく、非局在的効果が、自由陽子形式関数を仮定した計算とデータの間の10%の乖離を駆動していることを示唆している。

ABSTRACT

Possible differences between free and bound protons may be observed in the ratio of polarization-transfer components, $P'_x/P'_z$. We report the measurement of $P'_x/P'_z$, in the $^2 extrm{H}(\vec{e},e^{\prime}\vec{p})n$ reaction at low and high missing momenta. Observed increasing deviation of $P'_x/P'_z$ from that of a free proton as a function of the virtuality, similar to that observed in \hefour, indicates that the effect in nuclei is due to the virtuality of the knock-out proton and not due to the average nuclear density. The measured differences from calculations assuming free-proton form factors ($\sim10\%$), may indicate in-medium modifications.

研究の動機と目的

• 結合した陽子の電磁形式関数が自由陽子のものと異なるかどうかを調査すること。
• 偏光転送比の観察されたずれが、核密度の影響か、はね出された陽子の仮想性（非局在性）に起因するかを特定すること。
• 密度の低い $^{4}\mathrm{He}$ 核と比較して、緩く束縛されたデュテロンの結果を検討し、平均核密度と仮想性の役割を区別すること。
• 広い仮想性範囲にわたり、高精度なデータと自由陽子形式関数を仮定した理論的モデルを照合すること。
• データと計算との乖離に基づいて、陽子形式関数の核内修正が必要かどうかを評価すること。

提案手法

• ジェファーソンラボで $^{2}\mathrm{H}(\vec{e},e'\vec{p})n$ 反応において、はね出された陽子の横方向（$P'_{x}$）および縦方向（$P'_{z}$）の偏光転送成分を測定する。
• 残渣系のインバリアント質量と欠落運動量を用いて陽子の仮想性 $\nu$ を定義する：$\nu = \left(M_A - \sqrt{M^2_{A-1} + p^2_{\textrm{miss}}}\right)^2 - p^2_{\textrm{miss}} - M^2_p$。
• 自由陽子の挙動に対する中間効果を分離するために、二重比 $\left(P'_{x}/P'_{z}\right)_{A} / \left(P'_{x}/P'_{z}\right)_{\mathrm{H}}$ を計算する。
• 最終状態相互作用（FSI）、メソン交換電流（MEC）、および1体電流（IC）の効果を含む、自由陽子形式関数を仮定した理論的計算と実験的二重比を比較する。
• 高精度な電子ビーム偏光と運動量分析を用いて、$P'_{x}$ および $P'_{z}$ を最小限の系統的不確実性で抽出する。
• 前回の測定と比較して、仮想性範囲をほぼ2倍に拡大し、仮想性依存性の明確なテストを可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 デュテロンからはね出された陽子の比 $P'_{x}/P'_{z}$ が自由陽子のものからずれているか。もしずれているなら、その理由は何か？
• RQ2 観察されたずれは、媒質の平均核密度に起因するのか、それとも衝突した陽子の仮想性（非局在性）に起因するのか？
• RQ3 二重比 $\left(P'_{x}/P'_{z}\right)_{^{2}\mathrm{H}} / \left(P'_{x}/P'_{z}\right)_{\mathrm{H}}$ は陽子の仮想性にどのように依存するか。また、$^{4}\mathrm{He}$ のデータと比較するとどうなるか？
• RQ4 自由陽子形式関数を仮定した理論的計算は、測定された偏光転送比をどの程度再現できるか？
• RQ5 陽子の電磁形式関数に核内修正が加わる必要がある証拠は、標準的な核媒質効果を超えて存在するか？

主な発見

• 二重比 $\left(P'_{x}/P'_{z}\right)_{^{2}\mathrm{H}} / \left(P'_{x}/P'_{z}\right)_{\mathrm{H}}$ は、陽子の仮想性に伴い増加し、明確な仮想性依存性を示している。
• デュテロンにおける二重比の仮想性依存性は、平均核密度が著しく異なる $^{4}\mathrm{He}$ で観測されたものと非常に類似している。
• デュテロンと $^{4}\mathrm{He}$ のデータの一致は、観察されたずれが平均核密度に起因するのではなく、はね出された陽子の仮想性に起因していることを示唆している。
• 自由陽子形式関数を仮定した理論的計算は、データの一般的な傾向を再現するが、特に高い仮想性領域で約10%の全体的なずれを示している。
• データと計算との乖離は、データを完全に記述するためには陽子の電磁形式関数の核内修正が必要である可能性を示唆している。
• 理論的計算では、正のと負の欠落運動量に対して符号依存の挙動が見られ、これはデータと整合しており、より高い正の $p_{\textrm{miss}}$ でのさらなる検証が望ましい。