[論文レビュー] Present status of the long range component of the nuclear force

Tetsuo Sawada|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2000

Quantum, superfluid, helium dynamics参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、核力に長距離成分が存在するかを検証するために、S波陽子-陽子散乱振幅におけるν=0における余分な特異点の有無を分析している。正則化された関数を位相シフトデータから導出し、ν=0に鋭いくぼみが観測され、これは平方根特異性と一致しており、ルネッサンス型のファンデルワールス力に類似した引力的長距離力が存在することを示唆している。閾値指数γ ≈ 1.54が得られ、これは非常に強いクーロン的相互作用の存在を示唆している。

ABSTRACT

In order to settle the fundamental question whether the nuclear forces involve the long range components, the S-wave amplitude of the proton-proton scattering is analysed in search for the extra singularity at $ν=0$, which corresponds to the long range force. To facilitate the search, a function, which is free from the singularities in the neighborhood of $ν=0$ when all the interactions are short range, is constructed. The calculation of such a function from the phase shift data reveals a sharp cusp at $ν=0$ in contradiction to the meson theory of the nuclear force. The type of the extra singularity at $ν=0$ is close to what is expected in the case of the strong van der Waals interaction. Physical meanings of the long range force in the nuclear force are discussed. Low energy p-p experiments to confirm directly the strong long range interaction are also proposed, in which the characteristic interference patten of the Coulonb and the Van der Waals forces is predicted.

研究の動機と目的

• S波陽子-陽子散乱振幅におけるν=0における余分な特異点の有無を調べることで、核力に長距離成分が含まれるかを特定すること。
• 解析的構造の分析を用いて、短距離相互作用および電磁気的寄与から長距離寄与を分離すること。
• 観測された特異性が、強力なファンデルワールス相互作用に対して理論的に予想されるものと一致するかを検証すること。
• クーロン力と長距離力の干渉パターンを直接観測可能な低エネルギー実験を提案すること。

提案手法

• 1π交換および電磁気的相互作用に起因する既知の特異性を除去した、修正された有効範囲関数X₀(ν)から正則化関数K₀(ν)を構築する。
• K₀(ν)に1回減算された分散関係を適用し、K̃₀^{once}(ν)を形成することで、ν=0における特異性への感度を向上させる。
• 高精度なS波陽子-陽子位相シフトデータを用いて、スペクトル関数Aₜ(4m²,t) = πC't^γ exp(−βt)のフィットを行い、γ、β、C′のパラメータを抽出する。
• 観測された特異性の形が、特にルネッサンス型（γ=1.5）およびカシミール＝ポルダー型（γ=2.0）のファンデルワールス力に対して理論的に予想されるものと一致するかを比較する。
• ハドロンのサイズと観測されたC₆係数に制約を課した、ファンデルワールスポテンシャルのC₆係数に関する不等式を用いて、基礎的クーロン的相互作用の強さを推定する。
• クーロン力と長距離力の干渉パターンを検出可能な低エネルギーpp散乱実験を、T_lab ≈ 25–40 MeVのエネルギー領域で提案する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 S波陽子-陽子散乱振幅はν=0に余分な特異点を示すか。これは長距離核力の存在を示唆する。
• RQ2 ν=0における特異性の形は、強力なファンデルワールス相互作用に対して予想される平方根型と一致するか。
• RQ3 スペクトル関数Aₜ(4m²,t)のt=0における閾値指数γは何か。これは既知の長距離力の予測と一致するか。
• RQ4 観測された長距離力パラメータから、基礎的クーロン的相互作用の強さを推定できるか。
• RQ5 クーロン力と長距離力の干渉を実験的に検出する最適なエネルギーおよび角度範囲は何か。

主な発見

• 1回減算された関数K̃₀^{once}(ν)は、ν=0に鋭いくぼみを示し、これはルネッサンス型ファンデルワールス力に一致する平方根特異性の形である。
• 多エネルギー位相シフトデータへのカイ二乗フィットにより、スペクトル関数の閾値指数γはγ = 1.54と決定され、ルネッサンス型力の理論的値1.5に近い。
• スペクトル関数Aₜ(4m²,t)は√t = 4.9（660 MeVに対応）にピークを示し、この運動量移動で主な寄与が集中していることを示している。
• 1回減算された振幅スペクトルAₜ(4m²,t)/tのピークは√t = 2.93（395 MeVに対応）に位置しており、長距離相互作用の主な有効質量スケールを示唆している。
• ハドロン半径が0.5 fmの場合、基礎的クーロン力の強さは∗e² > 3.3を満たし、0.25 fmの場合は∗e² > 14を満たす。両者とも通常の値を大きく上回っており、ダイオンモデルと整合的である。
• クーロン力と長距離力の干渉パターンの予測では、θ_c.m. ≈ 10°で微小な低下（約0.3%）が観測され、T_lab ≈ 25–40 MeVのエネルギー領域で最も顕著に観測可能である。