[論文レビュー] The (K-,p) reaction on C12 at KEK

V. K. Magas, J. Yamagata-Sekihara+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2009

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、KEKにおける¹²Cにおける(K⁻,p)反応をモンテカルロシミュレーションを用いて再分析し、崩壊生成物と coincidence した高速陽子が、深く引力的な中性子-核光学ポテンシャルを示すかどうかを評価する。著者らは、coincidence 条件が陽子スペクトルを顕著に歪めることを示し、多段階散乱や2核子吸収といった従来の過程が、-60 MeV の標準的浅いポテンシャルを用いてもデータを再現できることを示し、吉本他（2007zz）による200 MeVの深さの主張を疑問視する。

ABSTRACT

We study the (K-,p) reaction on C12 with a kaon beam of 1 GeV momentum, paying a special attention to the region of emitted protons having kinetic energy above 600 MeV, which was used to claim a deep kaon nucleus optical potential [1]. The experiment looks for fast protons emitted from the absorption of in flight kaons by nuclei, but in coincidence with at least one charged particle in the decay counters sandwiching the target. The analysis of the data is done in [1] assuming that the coincidence requirement does not change the shape of the final spectra. However our detailed calculations show that this assumption doesn't hold, and, thus, the final conclusion of this experiment is doubtful. We perform Monte Carlo simulation of this reaction. The advantage of our method with respect to Green's function method used in [1] is that it allows to account not only for quasi-elastic K- p scattering, but also for the other processes which contribute to the proton spectra. We investigated the effect of the multi-scatterings and of the K- absorptions by one and two nucleons (K- N --> pi Y and K- N N --> Y N) followed by the decay of the hyperon in pi N. We show that all these mechanisms allow us to explain reasonably well the observed spectrum with standard shallow kaon nucleus optical potential, obtained in chiral models. [1] T. Kishimoto et al., Prog. Theor. Phys. 118, 181 (2007).

研究の動機と目的

• 高速陽子が崩壊計数器と coincidence した (K⁻,p) 反応データに基づく、¹²Cにおける深く結合した K⁻-核状態の実験的主張を再評価すること。
• 吉本他（2007zz）の仮定、すなわち coincidence 条件が最終状態陽子スペクトルの形状に影響しないという仮定に反論すること。
• 準弾性 K⁻p 散乱を超える従来の反応メカニズム（多段階散乱、1核子吸収、2核子吸収など）が、標準的浅い光学ポテンシャルを用いて観測された陽子スペクトルを再現できるかどうかを調査すること。
• 実際のシミュレーションフレームワークを用いて、実験的 coincidence 検出が再構成された陽子スペクトルに与える影響を定量化すること。
• データが真に強い引力的中性子-核ポテンシャルを支持しているのか、それとも標準的ダイナミクスと検出バイアスによって説明可能なのかを特定すること。

提案手法

• K⁻-核相互作用の全過程（準弾性散乱、1核子吸収、2核子吸収、ハイペロン崩壊など）をモデル化するためのモンテカルロシミュレーションを採用した。
• 核中での複数回散乱や吸収過程を通じて、陽子、パイオン、中性子のすべての最終状態粒子を追跡した。
• 実験的検出条件を模擬するための最小限の coincidence 要件を導入：標的に隣接するカウンタで少なくとも1つの荷電粒子が検出されたこと。
• coincidence 切断あり・なしの両方のシミュレーションスペクトルを比較し、陽子エネルギースペクトルの形状に与える影響を評価した。
• 特に後方散乱の中性子や低角度粒子の不完全な検出効率を模擬するために、抑制係数を適用した。
• 標準的浅い光学ポテンシャル V_opt = (-60, -60) ρ/ρ₀ MeV を用いて、従来のダイナミクスがデータを再現できるかをテストした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 KEK実験における coincidence 検出条件が、観測された陽子エネルギースペクトルの形状を顕著に変化させるか？
• RQ2 高運動エネルギー（600 MeV 以上）に位置する陽子スペクトルのピークは、深く結合した K⁻-核状態ではなく、従来の反応メカニズムによって説明可能か？
• RQ3 多段階散乱、1核子吸収、2核子吸収の各過程が、¹²Cにおける (K⁻,p) 反応で高速陽子をどれほど生成するか？
• RQ4 実験的 coincidence 要件が特定の最終状態構成をどのように抑制し、再構成スペクトルに歪みを生じさせるか？
• RQ5 200 MeV の引力的 K⁻-核ポテンシャルの主張は、堅牢なのか、それとも標準的ダイナミクスと検出バイアスによって説明可能なのか？

主な発見

• KEK実験における coincidence 要件が陽子スペクトルを顕著に歪め、吉本他（2007zz）の仮定（スペクトル形状に変化がない）を無効にしている。
• 多段階散乱および1核子吸収過程が、特に600 MeV以上の運動エネルギー領域で陽子スペクトルに顕著な寄与をしている。
• 2核子吸収過程は、-300 MeV の結合エネルギーまで及ぶ低エネルギー領域を含め、全スペクトルに寄与しており、単純なパラメトリックなバックグラウンドでは再現できない。
• 最小限の coincidence 要件により、中性子が後方散乱する準弾性事象の大部分が抑制され、スペクトル形状が変化し、ピーク領域の生成断面積が減少する。
• 束縛領域（-E_B < 0 MeV）における抑制係数は約0.7であるが、50 MeV以上の連続状態では無視できるほど小さくなり、検出効率に顕著な角度および運動量依存性があることが示された。
• 観測スペクトルは、-60 MeV の標準的浅い光学ポテンシャルを用いて良好に再現可能であり、データが深く結合した K⁻-核状態を要請するわけではない。