[論文レビュー] Production of $\eta$ and $\eta '$ Mesons on Nucleons and Nuclei

B. Krusche, C. Wilkin|arXiv (Cornell University)|Oct 28, 2014

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用数 31

ひとこと要約

本レビューは、核子および核においてηおよびη′メソンの光生成およびハドロン生成に関する実験的・理論的進展を統合し、η生成におけるS11(1535)共鳴状態の支配的役割と、η′に対して同様の共鳴状態が存在しないことの意義を強調する。最終状態相互作用によるηメソン結合核の可能性、η′-核子相互作用の弱さ、および低質量メソン結合系の探査に有効なηπ対生成の可能性に言及する。一方、二次ハドロンビームの不足のため、電磁的プローブ（γビーム）が支配的である。

ABSTRACT

The production of $\eta$ and $\eta^{\prime}$ mesons in photon- and hadron-induced reactions on free and quasi-free nucleons and on nuclei is reviewed. The extensive database on $\gamma N o \eta N$, for both proton and neutron targets, is described in detail and its implications for the search for $N^{\star}$ resonances much heavier than the dominant $S_{11}(1535)$ discussed. Though less is currently known about the production of the $\eta^{\prime}$ or of $\eta\pi$ pairs, these also offer tantalizing prospects in the search for the missing isobars. The more limited data available on pion-induced production are still necessary ingredients in the partial wave analysis discussed. The production of the $\eta$-meson in $pp$ and $pn$ collisions shows once again the strong influence of the $S_{11}(1535)$ isobar, which is in contrast to the relatively weak behaviour seen near threshold for $\eta^{\prime}$ production. This difference is reflected in the important final state interaction effects of the $\eta$ in nuclei that may even lead to this meson being "bound" in some systems. The evidence for this is reviewed for both $\gamma A$ and $p A$ collisions. The inclusive photoproduction of $\eta$, $\eta^{\prime}$, and $\eta\pi$ pairs from nuclei provides further information regarding the production mechanism and the interaction of the $\eta$ and $\eta^{\prime}$ with nuclei and the $\eta\pi$ pairs may even allow access to low mass $\eta A$ systems that are forbidden in direct single-meson photoproduction.

研究の動機と目的

• 核子および核におけるηおよびη′メソン生成に関する現在の実験的・理論的理解を統合すること。
• S11(1535)共鳴状態がη生成に果たす役割と、欠落しているN⋆(I=1/2)アイソスピン状態に与える影響を評価すること。
• 最終状態相互作用による準束縛ηおよびη′-核子状態の形成可能性を評価すること。
• η、η′およびηπ最終状態の生成メカニズムを比較し、メソン結合核探索における関連性を検討すること。
• 二次パイオンビームの不足のため、電磁的プローブ（γビーム）が支配的であることを強調すること。

提案手法

• 主な施設（CLAS（JLab）、TAPS/CRYSTAL BARTER（ELSA）、GRAAL（ESRF）、MAMI、LEPS、GeV-γ）からの実験的データの体系的レビュー。
• 遮断光子および仮想光子を用いたγN →Nη、γN →Nη′、およびγN →Nηπの断面積の分析。
• 軽い核（重水素、ヘリウム3）からの準自由核子断面積を抽出するために、運動量再構成およびフェルミスメアリング技術の適用。
• 運動量再構成データとフェルミスメアリングデータの絶対正規化を比較し、系宮的整合性を評価。
• アイソスピン分解と偏光観測量を用いて反応振幅を分離し、曖昧さを解消すること。
• 角度分布、ダリーツ図、およびηおよびηπ系におけるエネルギースペクトルを通じた最終状態相互作用効果の評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜS11(1535)共鳴状態はη光生成において支配的であり、ηN閾値に近接していることから、核子スペクトル論にどのような示唆を与えるのか？
• RQ2 ηおよびη′メソン生成の閾値挙動に顕著な対比が見られるのはなぜか？ これは、重いN⋆(I=1/2)アイソスピン状態の探索にどのように影響を与えるか？
• RQ3 ηメソンが軽い核においてどの程度まで準束縛状態を形成できるか？ γAおよびpA反応からの証拠は何か？
• RQ4 ηπ対生成メカニズムはηおよびη′生成と比べてどのように異なり、低質量ηA系へのアクセスにどのように寄与できるか？
• RQ5 なぜ電磁的生成がハドロン的生成よりもηおよびη′メソンの研究に有効なのか？ 今後の実験にどのような示唆を与えるか？

主な発見

• S11(1535)共鳴状態はη光生成において支配的であり、ηNおよびπNチャンネルへの分岐比が約50％に達し、強いs波ηN相互作用を引き起こす。
• ppおよびpn衝突におけるηの包含的光生成では、S11(1535)に起因する閾値増強が強く観測されるが、η′生成では弱い閾値挙動が見られる。
• γ³Heおよびdp衝突においてηメソン結合核の証拠が観測され、角度的およびスピン依存性データから、閾値近くの準束縛状態または準仮想状態の可能性が示唆される。
• ηメソン結合核が束縛状態モードに崩壊する明確な証拠は得られなかったが、閾値近くの生成断面積は著しく増幅されている。
• η′生成断面積はηに比べてはるかに小さく、データはη′p相互作用が顕著にないことを示しており、弱い結合ポテンシャルであり、η′-メソン結合核の形成には限界があると考えられる。
• ηπ対光生成はη′生成よりもよく理解されており、ダリーツ図および角度分布からD33(1700)共鳴状態がダイナミクスを支配していることが示されている。