[論文レビュー] The influence of the neutron skin and the asymmetry energy on the $π^-/π^+$ ratio

C. Hartnack, A. Le Fèvre+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2018

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、重イオン衝突における $π^{-}/\pi^{+}$ ラベル比に及ぼす中性子皮の厚さ、密度に依存する不均衡エネルギー、およびパウリの禁制の寄与を分離するために、等スピン量子分子動力学（IQMD）モデルを用いる。中心性に依存する測定が、異なるビームエネルギーでこれらの効果を分離可能であり、実験的に中性子皮の厚さおよび不均衡エネルギーの密度依存性を決定可能であることを示している。

ABSTRACT

We use the Isospin Quantum Molecular Dynamics model (IQMD) to analyze the centrality dependence of the isospin ratio of pions, $π^-/π^+$. We find that the density dependence of the asymmetry potential, the Pauli blocking of the $Δ$-decay and the thickness of the neutron skin influence in different ways this observable. Using the centrality dependence of this ratio at different beam energies we can disentangle the different contributions and open the way for their experimental determination.

研究の動機と目的

• 重イオン衝突における $π^{-}/\pi^{+}$ ラベル比に及ぼす中性子皮の厚さ、密度に依存する不均衡エネルギー、およびパウリの禁制の個別的寄与を分離すること。
• 中心性に依存する $π^{-}/\pi^{+}$ ラベル比を用いて、中性子皮の厚さおよび不均衡エネルギーの密度依存性を実験的に決定する手法を確立すること。
• これらの効果がビームエネルギーおよび衝突の中心性にどのように依存するかを調査し、特に400 AMeVと1 AGeVにおけるそれらの役割を区別すること。
• $^{48}$Ca および $^{208}$Pb システムにおける体系的なシミュレーションを通じて、この分離手順の妥当性を検証すること。

提案手法

• 中性子と陽子の初期化に異なる二乗平均半径（rms）半径を用いるように修正されたIQMDモデルを採用し、$\Delta R = R_N - R_P = s$ を通じて制御可能な中性子皮の厚さ $s$ を実現。
• 3つの初期化スキームを用いる：$R_P = R_N$（標準）、$R_P < R_N$（大きな皮）、$\Delta R = s$（中程度の皮、$^{208}$Pbでは $s \approx 0.2-0.3$ fm）。
• $^{48}$Ca+$^{48}$Ca および $^{208}$Pb+$^{208}$Pb 衝突を、400 AMeVおよび1 AGeVのビームエネルギーで、衝突パラメータの範囲を変えてシミュレーション。
• 不均衡ポテンシャルの密度依存性を状態方程式パラメータ $\gamma$ を用いて変化させ、軟らかいから硬いまでの剛性をテスト。
• 特に中性子過剰な環境で $n\pi^{+}$ の生成が抑制されるように、$\Delta$ ハイペロンの崩壊チャネルへのパウリの禁制効果を組み込み。
• 各物理的効果への感受度を分離するために、$\pi^{-}/\pi^{+}$ ラベル比の中心性依存性を分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中性子皮の厚さは、異なるビームエネルギーにおける $\pi^{-}/\pi^{+}$ ラベル比の中心性依存性にどのように影響を与えるか？
• RQ2 $\pi^{-}/\pi^{+}$ ラベル比は、不均衡エネルギーの密度依存性に対してどの程度感受的であり、衝突の中心性およびビームエネルギーに依存してどのように変化するか？
• RQ3 パウリの禁制は $\Delta$ ハイペロンの崩壊チャネルにおいて果たす役割は何か？ また、中性子過剰な物質において $\pi^{-}/\pi^{+}$ ラベル比にどのように影響を与えるか？
• RQ4 複数のビームエネルギーにおける $\pi^{-}/\pi^{+}$ ラベル比の中心性依存性を用いて、中性子皮、不均衡エネルギー、パウリの禁制の寄与を分離可能か？

主な発見

• $\pi^{-}/\pi^{+}$ ラベル比は、外縁衝突において中性子皮の厚さに最も感受的であり、不均衡ポテンシャルの密度依存性の影響は最小限である。
• 400 AMeVでは、ラベル比は不均衡エネルギーの密度依存性に顕著に依存しており、特に中心的衝突で顕著であるが、1 AGeVではこの効果は消失する。
• 400 AMeVでは、$\Delta$ ハイペロン崩壊のパウリの禁制が $\pi^{-}/\pi^{+}$ ラベル比を増大させるが、特に外縁衝突で顕著であり、1 AGeVでは大きな位相空間のため影響が無視できる。
• 400 AMeVにおける $\pi^{-}/\pi^{+}$ ラベル比の中心性依存性は、中性子皮の厚さを抽出可能であり、その後、中心的衝突における不均衡エネルギー寄与を分離可能である。
• この手法は頑健である：ビームエネルギーおよび中心性の体系的変動により、中性子皮、不均衡エネルギー、パウリの禁制効果の明確な分離が可能である。
• 400 AMeVにおける外縁衝突の $\pi^{-}/\pi^{+}$ ラベル比は主に中性子皮に感受的であるが、同じエネルギーの中心的衝突では不均衡エネルギーおよびパウリの禁制に感受的である。