[論文レビュー] Residual correlations between decay products of $π^0π^0$ and $pΣ^0$ systems

A. V. Stavinskiy, K. Mikhailov+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 25, 2007

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、高エネルギー衝突における最終状態相互作用（FSI）および源サイズの新しいフェムトスコピックプローブとして、$\pi^0\pi^0$ および $p\Sigma^0$ 系の崩壊生成物間の残余相関が有効であると提案する。SU(6)クォーク模型と有効なメソン交換を用いた $p\Sigma^0$ 散乱パラメータに基づき、$p\gamma_{\Sigma^0}$ 相関に $k^* \approx 70$ MeV/$c$ の特徴的なピークが予測され、負の残余 $p\Lambda_{\Sigma^0}$ 相関を無視すると源サイズが過大評価されることを示している。

ABSTRACT

Residual correlations between decay products due to a combination of both correlations between parents at small relative velocities and small decay momenta are discussed. Residual correlations between photons from pion decays are considered as a new possible source of information on direct photon fraction. Residual correlations in $pγ$ and $pΛ$ systems due to $pΣ^0$ interaction in final state are predicted based on the $pΣ^0$ low energy scattering parameters deduced from the spin-flavour SU$_6$ model by Fujiwara et al. including effective meson exchange potentials and explicit flavour symmetry breaking to reproduce the properties of the two-nucleon system and the low-energy hyperon-nucleon cross section data. The $pγ_{Σ^0}$ residual correlation is concentrated at $k^* \approx 70$ Mev/$c$ and its shape and intensity appears to be sensitive to the scattering parameters and space-time dimensions of the source. The $pΛ_{Σ^0}$ residual correlation recovers the negative parent $pΣ^0$ correlation for $k^* > 70$ Mev/$c$. The neglect of this negative residual correlation would lead to the underestimation of the parent $pΛ$ correlation effect and to an overestimation of the source size.

研究の動機と目的

• $\pi^0\pi^0$ および $p\Sigma^0$ 系の崩壊生成物間の残余相関が、フェムトスコピック情報の新たな源であるかを調査すること。
• 最終状態相互作用（FSI）および量子統計（QS）が陽子-光子および陽子-バリオンの運動量相関に与える影響を評価すること。
• $p\Sigma^0$ 相互作用に起因する残余相関が $p\Lambda$ および $p\gamma$ 相関関数の解釈に与える影響を定量化すること。
• このような残余相関を無視すると、源サイズの推定に系統的誤差が生じることを示すこと。
• 高エネルギー重イオン衝突における散乱パラメータおよび源幾何学的寸法に対する残余相関の感受性を調査すること。

提案手法

• 168 MeV/$c$ の $T_0$ を持つ熱的類似の運動量分布 $dN/dp \propto (p^2/E)\exp(-E/T_0)$ を用いて、2粒子運動量相関関数をシミュレートした。
• $\lambda = 1$ の同一粒子に対しては、相関関数 $\mathcal{R}({\bf p}_1,{\bf p}_2) = 1 + \lambda \langle \cos(2{\bf k}^*{\bf r}^*) \rangle$ を用いて量子統計（QS）相関を適用した。
• SU(6)クォーク模型と有効メソン交換ポテンシャルを用いて、$p\Sigma^0$ 系における最終状態相互作用（FSI）を組み込んだ。
• $\Sigma^0 \to \Lambda\gamma$ を通じて $p\Sigma^0$ の FSI 効果をその崩壊生成物に伝播させることで、残余 $p\gamma_{\Sigma^0}$ および $p\Lambda_{\Sigma^0}$ 相関を計算した。
• ガウス源半径（$r_0 = 2, 3, 5$ fm）および散乱パラメータ（例：NSC89モデルからの $a_{1/2}^1 = (2.54 + i0.26)$ fm）を変化させ、感受性を評価した。
• 残余相関の有無を比較することで、$p\Lambda$ および $p\gamma$ 相関関数に与える影響を定量化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $p\Sigma^0$ FSI に起因する残余相関が、$p\gamma_{\Sigma^0}$ 相関関数に測定可能な構造として現れるか。
• RQ2 $p\Lambda_{\Sigma^0}$ 残余相関は、元の $p\Sigma^0$ 相関関数とどのように比較できるか。
• RQ3 $p\Sigma^0$ 散乱パラメータの不確実性が、予測される残余相関の形状および強度にどの程度影響を与えるか。
• RQ4 残余 $p\Lambda_{\Sigma^0}$ 相関を無視すると、フェムトスコピック解析における抽出された源サイズにどのような影響が生じるか。
• RQ5 残余 $p\gamma_{\Sigma^0}$ および $p\Lambda_{\Sigma^0}$ 相関は、発光源の空間的寸法にどの程度感受性を示すか。

主な発見

• $p\Sigma^0$ FSI に起因する非自明な残余相関ピークが、$k^* \approx 70$ MeV/$c$ に中心を置く $p\gamma_{\Sigma^0}$ 相関関数に予測された。
• $p\gamma_{\Sigma^0}$ 残余相関の形状および強度は、$p\Sigma^0$ 散乱パラメータおよび源半径 $r_0$ の両方に感受性を示す。
• $k^* > 70$ MeV/$c$ において、$p\Lambda_{\Sigma^0}$ 残余相関は負の元の $p\Sigma^0$ 相関関数を回復しており、顕著な FSI のインプリントを示している。
• 負の $p\Lambda_{\Sigma^0}$ 残余相関を無視すると、真の $p\Lambda$ 相関効果が低く見積もられ、源サイズが過大評価される。
• 残余 $p\gamma_{\Sigma^0}$ 相関は、$p\Sigma^0$ 散乱長および有効範囲に感受性を示し、異なるポテンシャルモデル（例：NSC89 と Fujiwara モデル）では予測が異なる。
• $\pi^0 \to \gamma\gamma$ 衰えによる背景が、$p\gamma$ 残余相関信号を抑制する可能性があり、実験では専用の背景抑制技術が要請される。