[論文レビュー] Proton and Neutron Momentum Distributions in A = 3 Asymmetric Nuclei

O. Hen, L. B. Weinstein+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 16, 2014

Quantum, superfluid, helium dynamics参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、ジェファーソンラボのMARATHON標的にて、Hall A分光計を用いて、ヘリウム3（3He）における短縮された最終状態相互作用（reduced-FSI）運動学的測定と、トリチウム（3H）における最初の（e,e′p）測定を提案する。非対称なA=3鏡核における断面積と運動量分布を比較することで、短距離相関（SRC）に起因して、中性子が多数を占める3Hでは陽子（少数）が中性子より速く運動し、陽子が多数を占める3Heでは中性子（少数）が陽子より速く運動するという予測を検証することを目的としている。

ABSTRACT

A proposal approved by the Jefferson Lab (JLab) PAC to study the proton-to-neutron momentum distribution ratio in A=3 nuclei via (e,e'p) scattering off 3He and 3H mirror nuclei. The experiment will measure the 3H(e,e'p) and 3He(e,e'p) cross-sections and cross-section ratios at Q2 = 2 and xB>1 kinematics, over a missing momentum range of 0 - 450 MeV/c. The experiment was approved in 2014 at part of the JLab Hall-A Tritium run period for a total run time of 12 days.

研究の動機と目的

• 非対称なA=3核における、3Hおよび3Heの陽子運動量分布を、短縮された最終状態相互作用（FSI）運動学的条件下で初めて測定すること。
• 理論的予測である、非対称なフェルミ系において、短距離相関（SRC）に起因する異種核子対（np）が、少数フェルミオン成分の平均運動量を高めるという予測を検証すること。
• FSI効果をキャンセルするため、3He(e,e′p)/3H(e,e′p)の断面積比を測定し、高精度で内在運動量分布比を抽出すること。
• 絶対断面積と比の比較を通じて、現代の少数体核モデルの妥当性を厳密に検証すること。
• MARATHON放射性標的が分解される前に、3H(e,e′p)を測定する唯一かつ時間的限られた機会を活用すること。

提案手法

• ジェファーソンラボのMARATHONトリチウム標的およびHall Aハイリゾリューション分光計（HRS）を用いて、3Hおよび3Heにおける擬似弾性（e,e′p）散乱を実施する。
• Q² ≈ 2 (GeV/c)²およびxB = 1.2の運動学的条件下で実験を実施し、測定された運動量分布に及ぼす最終状態相互作用（FSI）効果を最小限に抑える。
• 欠落エネルギー領域にわたる断面積の積分により運動量分布を抽出し、各欠落運動量における3Heと3Hの断面積比を計算する。
• FSI効果が断面積比において大きく相殺されることを活用し、内在運動量分布比を高精度で抽出可能である。
• 絶対断面積と、欠落運動量関数としての平均運動エネルギー比を測定し、理論モデルの検証に用いる。
• 重水素の測定を省き、3Hおよび3Heに限定することで、ビーム時間の30日から10日へ削減する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非対称なA=3核において、少数核子（3Hでは陽子、3Heでは中性子）は多数核子よりも高い平均運動量を持つのか？
• RQ2 中性子-陽子対間の短距離相関（SRC）が、3Hおよび3Heにおける核子運動量分布の高運動量尾にどれほど支配的であるか？
• RQ3 現代の少数体核モデルは、A=3核における絶対（e,e′p）断面積とその比をどれほど正確に再現できるか？
• RQ4 断面積比3He(e,e′p)/3H(e,e′p)は、FSI汚染を最小限に抑えて、内在運動量分布比を分離するのに有効に使えるか？
• RQ5 欠落運動量関数としての、3Heおよび3Hにおける陽子の平均運動エネルギーの定量的挙動はいかなるものか？

主な発見

• 提案される測定により、少数核子系物理学における長年の欠落であった、トリチウム（3H）における（e,e′p）反応の最初の実験的データが得られる。
• 断面積比3He(e,e′p)/3H(e,e′p)は、低欠落運動量（pₘ < 150 MeV/c）では陽子数の寄与により増幅され、高欠落運動量（pₘ > 450 MeV/c）ではSRC支配により抑制される見込みである。
• 3Heと3Hにおける平均運動エネルギー比は、高欠落運動量領域で顕著に異なると予測され、SRC対における運動量反転を反映している。
• 断面積比の統計的不確かさは、測定された運動量範囲全域で5%未満に抑えられ、理論の高精度な検証が可能となる。
• この測定により、超低温原子から核物質に至るまで、非対称フェルミ系におけるSRCの普遍的挙動が検証される。
• 実験は時間的に急務であり、MARATHONトリチウム標的は2015年秋に廃棄されるため、3H(e,e′p)を測定できる最後の機会である。