[논문 리뷰] Polarization Buildup of Stored Protons and Antiprotons: Filtex Result and Implications for Pax at Fair

N. N. Nikolaev, F. F. Pavlov|ArXiv.org|2006. 01. 22.

Atomic and Molecular Physics참고 문헌 2인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 저장 고리 내의 스핀 필터링을 위한 양자역학적 프레임워크를 개발하여, 저장된 양성자 및 반양성자에서의 극화도 증가가 주로 다이내믹한 내부 수소 표적을 통과하는 전달 효과에 의해 지배되며, 비스핀 전환 산란에 의한 기여는 무시할 만할 정도로 작다는 것을 보여준다. 23 MeV 양성자에 대해 FILTEX 실험에서 측정된 극화도 증가율 0.0124/시간은 72.5 ± 5.8 mb의 극화 단면적과 일치하며, FAIR의 PAX 실험에서 스핀 필터링을 통해 반양성자에서 15–25%의 극화도를 달성하는 것이 가능하다는 것을 뒷받침한다.

ABSTRACT

The spin filtering by a multiple passage of a stored beam through a polarized internal gas target is a unique possibility of polarizing high luminosity beam of antiprotons to a high degree of polarization. Apart from the polarization by the spin-dependent transmission, a unique geometrical feature of spin filtering in storage rings is a scattering of stored particles within the ring \cite{Meyer}. A rotation of the spin in the scattering process affects the polarization buildup. We report here a fully quantum-mechanical evolution equation for the spin-density matrix of a stored beam which incorporates the scattering within the ring. We show how dramatically the interplay of the transmission and scattering within the ring changes from polarized electrons to polarized protons in the atomic target. After discussions of the FILTEX results on filtering of stored protons \cite{FILTEX}, we comment on the strategy of spin filtering of antiprotons for the PAX experiment at GSI FAIR \cite{PAX-TP}.

연구 동기 및 목표

• 저장된 빔이 다이내믹한 내부 가스 표적으로 상호작용할 때 스핀 밀도 행렬의 양자역학적 진화 방정식을 유도하기 위해.
• 다중 통과 동안 표적으로 통과하는 동안 스핀에 의존하는 전달과 산란 간의 상호작용을 분석하기 위해.
• FAIR의 PAX 실험에서 반양성자 스핀 필터링의 가능성을 평가하기 위해.
• 이론적 예측과 FILTEX 실험에서의 양성자 극화도 증가 측정치를 일치시키기 위해.
• 스핀 전환 산란과 전자 극화도 이행의 역할을 평가하여, 이들이 필터링 과정에서 상쇄 효과를 보임을 보여주기 위해.

제안 방법

• 다중 통과 동안 다이내믹한 내부 표적으로 통과하는 동안 전달 및 산란을 모두 포함한 스핀 밀도 행렬에 대한 양자역학적 진화 방정식을 유도하기 위해.
• 표적으로 있는 극화된 원자에 의해 생성된 허위 자기장에서 빔 스핀의 고정을 포함하기 위해.
• CNI 보정된 핵 반응 양성자-양성자 탄성 산란 진폭을 사용하여 FILTEX 실험에 이론적 형식을 적용하기 위해.
• 이론적 극화 단면적을 계산하기 위해 SAID-SP05 데이터베이스와 Nijmegen 단계 이동을 사용하기 위해.
• 다시 분석된 FILTEX 결과(σP = 72.5 ± 5.8 mb)를 이론적 예측(~86 mb)과 비교하고 일관성을 평가하기 위해.
• 스핀 전환 산란 기여가 전자 유도 전달 효과와 상쇄되기 때문에 무시할 만큼 작다는 것을 입증하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 산란이 다이내믹한 내부 표적으로 다중 통과하는 동안 저장된 양성자에서의 극화도 증가에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 스핀 전환 산란과 전자 유도 전달 효과가 스핀 필터링에서 순수 극화도에 얼마나 기여하는가?
• RQ3 저장된 양성자에서 극화도 증가는 전달 효과에 의해 지배되는가, 아니면 빔 내 산란 효과에 의해 지배되는가?
• RQ4 FILTEX 실험에서 측정된 극화도 증가율은 스핀 필터링의 이론적 모델에 의해 일관되게 설명될 수 있는가?
• RQ5 FAIR의 PAX 실험에서 반양성자 극화도를 15–25%로 달성하기 위해 필요한 극화 단면적은 얼마인가?

주요 결과

• 모든 실용적 목적에서 저장된 양성자의 극화도 증가는 전달 효과에 의해 지배되며, 전자 유도 전달 효과와 상쇄되기 때문에 스핀 전환 산란 기여는 무시할 만큼 작다.
• 다시 분석된 FILTEX 결과는 극화 단면적 σP = 72.5 ± 5.8 mb를 도출하였으며, 이는 오차 범위 내에서 이론적 예측(~86 mb)과 일치한다.
• 반사각을 초월하는 CNI 보정된 핵 반응 양성자-양성자 탄성 산란 진폭이, Meyer의 공식에 따라 극화도 증가를 주도한다.
• 핵 반응 스핀 전환 산란은 강한 전자기 진폭과 간섭항이 소멸되기 때문에 극화 단면적에 기여가 무시할 만큼 작다.
• 이론적 모델은 FAIR의 대용량 수용각을 가진 반양성자 극화 고리(APR)에서 스핀 필터링을 통해 반양성자 빔의 극화도 15–25%를 달성할 수 있음을 예측한다.
• 이론가들 사이에서 전자 유도 극화도 이행과 그 전달 효과와의 상쇄 효과가 순수 필터링 효율을 이해하는 데 핵심적이라는 데 의견이 일치한다.