[論文レビュー] Quark cluster contribution to cumulative proton emission in fragmentation of carbon ions

B. M. Abramov, P. N. Alekseev+9 more|arXiv (Cornell University)|Apr 23, 2013

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、0.6–2.0 GeV/nucleonのエネルギー範囲で炭素イオンの崩壊において逆運動学を用いて積算陽子放出を調査し、クォーククラスター崩壊モデルをクォーク-グルーオンストリングフレーム内に適用する。炭素核内における六クォーク（2N）クラスターの確率は7.7–11.9%、九クォーク（3N）クラスターは0.2–0.6%と推定され、核物質内の多クォーク状態に関する実験的制約が得られた。

ABSTRACT

In the FRAGM experiment at heavy ion accelerator complex TWAC-ITEP, the proton yields at an angle 3.5$^\circ$ have been measured at fragmentation of carbon ions at $T_0 = $ 0.6, 0.95 and 2.0 GeV/nucleon on beryllium target. The data are presented as invariant proton yields on cumulative variable $x$ in the range 0.9 < $x$ < 2.4. Proton spectra cover six orders of invariant cross section magnitude. They have been analyzed in the framework of quark cluster fragmentation model. Fragmentation functions of quark-gluon string model are used. The probabilities of the existence of multi-quark clusters in carbon nuclei are estimated to be 8--12% for six-quark clusters and 0.2--0.6% for nine-quark clusters.

研究の動機と目的

• 中間エネルギーにおける炭素イオン崩壊における積算陽子放出の起源を調査すること。
• 多クォーククラスター（六クォーク、九クォーク）が積算粒子生成に寄与しているという仮説を検証すること。
• 不変断面積データを用いて、12Cにおける二核子および三核子クラスターの確率に関する実験的制約を抽出すること。
• ハドロン-核反応の文脈においてクォーククラスター崩壊モデルを検証すること。

提案手法

• 0.6、0.95、2.0 GeV/nucleonのエネルギーで、Be標的に対する12Cの崩壊領域における3.5°方向の陽子生成断面積を測定した。
• 0.9 < x < 2.4の累積変数xに関する不変断面積としてデータを解析した。
• クォーク-グルーオンストリングモデルからの崩壊関数を用いて、クォーククラスター崩壊モデルを適用した。
• 1N、2N、3Nクラスター寄与のガウス分布によるフィッティングを行い、確率w1、w2、w3が合計で1に等しくなるようにした。
• 運動量スキャンと飛行時間測定を用いて、電荷-質量相関を用いて陽子および他の生成片を同定した。
• 検出効率を決定し、受容率効果を補正するためにGEANT4ベースのシミュレーションを実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 12C崩壊における積算陽子放出に、六クォーク（2N）クラスターがどの程度寄与しているか？
• RQ2 積算陽子スペクトルに基づいて、炭素核内における九クォーク（3N）クラスターの確率は何か？
• RQ3 0.6–2.0 GeV/nucleonのエネルギー範囲において、多クォーククラスターの確率はどのように projectile エネルギーに依存するか？
• RQ4 観測されたスペクトルは、代替説よりもクォーククラスター崩壊モデルをどの程度支持するか？
• RQ5 結果は、理論的予測および短距離核子相関に関する先行実験的推定値とどのように比較できるか？

主な発見

• 12Cにおける六クォーク（2N）クラスターの確率は、測定されたエネルギー範囲全域で7.7–11.9%と推定された。
• 九クォーク（3N）クラスターの確率は0.2–0.6%と推定され、エネルギーに依存せずに一貫性を示した。
• 2Nクラスターの確率は、先行の積算π中間子生成からの推定値（6%）および理論的予測値（12.5%）と整合性がある。
• 3Nクラスターの確率は、[12]における理論的予測値2.6%よりも顕著に低く、モデルの限界を示唆している。
• 結果は、TJNAF A(e,e')データ（2N：19.3±4.1%、3N：0.55±0.17%）による短距離核子相関の測定と合理的に一致している。
• x > 1.3におけるフィットの波状構造は、内部クラスター運動などの考慮されていない効果を示唆しており、モデルの精錬が求められる可能性がある。