[論文レビュー] Spin effects and relative momentum spectrum of two protons in deuteron charge-exchange breakup

R. Lednický, V. L. Lyuboshitz+1 more|ArXiv.org|Feb 14, 2003

Atomic and Subatomic Physics Research参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、インパルス近似を用いて、速い偏極デュートリオンが陽子標的に charge-exchange して崩壊する過程 $d + p \rightarrow (pp) + n$ の相対運動量スペクトルを計算し、フェルミ統計、クーロン相互作用および強い相互作用、およびデュートリオンの $d$-波混合を厳密に取り入れる。その結果、運動量転送がゼロのときの微分断面積が、$n+p\rightarrow p+n$ 反応のスピン反転振幅にのみ依存することを示し、偏極測定によってスピン依存項とその位相差を分離可能であることを明らかにする。

ABSTRACT

The relation between the differential cross section of the charge-exchange breakup of a fast deuteron d+p -> (pp)+n and the differential cross section of the charge transfer process n+p -> p+n is discussed taking into account the effects of the proton identity and of the Coulomb and strong interactions of protons in the final state. The distribution of the relative momenta of the protons is found in the framework of the impulse approach. It is shown that the use of polarized initial deuterons and protons allows one to separate two spin-dependent terms in the amplitude of the charge transfer reaction n+p -> p+n at zero angle and to determine their phase difference. The influence of the deuteron d-wave state is investigated.

研究の動機と目的

• デュートリオン電荷交換崩壊の微分断面積と $n+p\rightarrow p+n$ 電荷移動反応との間の正確な理論的関係を確立すること。
• 最終状態の2つの陽子系においてフェルミ統計、クーロン相互作用、強い相互作用を高い精度で取り入れること。
• デュートリオンの $d$-波成分が陽子運動量スペクトルおよび偏極観測量に与える影響を調査すること。
• 偏極デュートリオンビームを偏極陽子標的に用いることで、$n+p\rightarrow p+n$ 振幅内のスピン依存項を分離し、その位相差を測定可能であることを示すこと。

提案手法

• 衝突時間が内部デュートリオン運動に比べて短いと仮定し、$d + p \rightarrow (pp) + n$ に対してインパルス近似を適用する。
• 最終状態の2つの陽子波動関数は、デュートリオン波動関数と運動量転送から構成され、反対称化によってパウリ排他原理を組み込む。
• クーロン相互作用および強い相互作用を含む2つの陽子系に対してシュレーディンガー方程式を正確に解く。
• $n+p\rightarrow p+n$ 振幅のスピン構造をスピン非反転部とスピン反転部に分解し、ゼロ運動量転送においては後者が支配的であることを示す。
• デュートリオン波動関数を $s$-波および $d$-波成分の展開により $d$-波混合を含める。
• フェルミ統計によるスピン singlet 状態への投影により、2つの陽子状態を導出し、デュートリオンおよび陽子の偏極パラメータに明示的な依存性をもたらす。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $d + p \rightarrow (pp) + n$ における2つの陽子の相対運動量スペクトルは、最終状態相互作用およびフェルミ統計にどのように依存するか？
• RQ2 デュートリオンの $d$-波成分は、前向き電荷交換崩壊における運動量スペクトルおよび偏極効果に果たす役割は何か？
• RQ3 偏極デュートリオンビームおよび標的に用いることで、$n+p\rightarrow p+n$ 振幅のスピン反転およびスピン非反転成分を実験的に分離可能か？
• RQ4 正確な最終状態相互作用を2つの陽子系に含めた場合、インパルス近似の精度はどの程度か？
• RQ5 $d$-波混合の定量的影響は、ゼロ運動量転送における微分断面積および偏極観測量にどのように現れるか？

主な発見

• 運動量転送がゼロのとき、$d + p \rightarrow (pp) + n$ の微分断面積は、$n+p\rightarrow p+n$ 振幅のスピン反転部にのみ依存する。
• フェルミ統計のため、2つの陽子はスピン singlet 状態に強制的に配置され、断面積は電荷移動過程のスピン依存振幅にのみ敏感になる。
• 正確な最終状態相互作用（クーロンおよび強い相互作用）を含めることで、低エネルギー領域（$k < 50$ MeV/$c$）のスペクトル精度が数パーセント以内に向上する。
• デュートリオンの $d$-波成分は偏極観測量を修正し、ネイロン-陽子対の有効偏極パラメータが $\beta^2 - \frac{1}{2}\gamma^2$ および $\beta^2 + \frac{1}{10}\gamma^2$ にスケーリングされる。
• 偏極デュートリオンビームを偏極陽子標的に用いることで、理論的には $n+p\rightarrow p+n$ 振幅内の2つのスピン依存項を分離可能であり、その位相差を測定可能である。
• グルーバー補正は低相対運動量では小さい（<5%）が、$k > 100$ MeV/$c$ では約20%に達する可能性があり、高運動量領域では考慮が必要であることが示唆される。