[논문 리뷰] Proton and Neutron Momentum Distributions in A = 3 Asymmetric Nuclei

O. Hen, L. B. Weinstein외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 10. 16.

Quantum, superfluid, helium dynamics참고 문헌 2인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 마라토론 방사성 타겟과 잭슨 랩의 홀 A 분광기들을 사용하여, 조지프슨 랩에서 히트륨(3H)에 대한 첫 번째 (e,e′p) 측정과 3He에 대한 첫 번째 감소된 FSI 운동량 측정을 제안한다. 이들 비대칭 A=3 거울 핵에서의 단면적과 운동량 분포를 비교하여, 짧은 거리 상관성(SRC)으로 인해 중성자-rich 3H에서는 주로 존재하는 중성자보다 소수성인 양성자가 더 빠르게 움직이며, 양성자-rich 3He에서는 주로 존재하는 양성자보다 소수성인 중성자가 더 빠르게 움직인다는 예측을 검증하고자 한다.

ABSTRACT

A proposal approved by the Jefferson Lab (JLab) PAC to study the proton-to-neutron momentum distribution ratio in A=3 nuclei via (e,e'p) scattering off 3He and 3H mirror nuclei. The experiment will measure the 3H(e,e'p) and 3He(e,e'p) cross-sections and cross-section ratios at Q2 = 2 and xB>1 kinematics, over a missing momentum range of 0 - 450 MeV/c. The experiment was approved in 2014 at part of the JLab Hall-A Tritium run period for a total run time of 12 days.

연구 동기 및 목표

• 감소된 최종 상태 상호작용(FSI) 운동량 조건에서 3H와 3He의 양성자 운동량 분포를 처음으로 측정하기 위해 목표로 한다.
• 비대칭 페르미 체계에서 소수성 페르미온 성분이 짧은 거리 상관성(SRC)에 의한 비슷한 양성자-중성자 쌍으로 인해 평균 운동량이 더 높다는 이론적 예측을 검증하기 위해 목표로 한다.
• FSI 효과를 상쇄시키기 위해 3He(e,e′p)/3H(e,e′p)의 단면적 비율을 측정하여 고정밀도로 내재된 운동량 분포 비율을 추출하기 위해 목표로 한다.
• 절대 단면적과 비율을 A=3 핵에서 비교하여 현대적 소핵 모델의 정확성을 엄격하게 검증하기 위해 목표로 한다.
• 마라토론 방사성 타겟이 폐기되기 전에 3H(e,e′p)를 측정할 수 있는 고유하고 시간 제한된 기회를 활용하기 위해 목표로 한다.

제안 방법

• 조지프슨 랩의 마라토론 히트륨 타겟과 홀 A 고해상도 분광기(HRS)를 사용하여 3H와 3He에서 준탄성 (e,e′p) 산란를 수행한다.
• Q² ≈ 2 (GeV/c)² 및 xB = 1.2의 조건에서 운동량을 측정함으로써 최종 상태 상호작용(FSI) 효과를 최소화한다.
• 누락 에너지 범위에 걸쳐 단면적을 통합하여 운동량 분포를 추출하고, 각 누적 운동량에서 3He와 3H 단면적의 비율을 계산한다.
• FSI 효과가 단면적 비율에서 대부분 상쇄되므로 내재된 운동량 분포 비율을 정밀하게 추출할 수 있다.
• 절대 단면적과 평균 운동에너지 비율을 누적 운동량의 함수로 측정하여 이론 모델을 검증한다.
• 디우테륨 측정을 생략하고 고누적 운동량 영역에서의 시간을 줄여 총 비디오 시간을 30일에서 10일로 감소시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비대칭 A=3 핵에서 소수성 핵자(3H에서는 양성자, 3He에서는 중성자)가 주로 존재하는 핵자보다 평균적으로 더 높은 운동량을 가지는가?
• RQ2 양성자-중성자 쌍 간의 짧은 거리 상관성(SRC)이 3H와 3He의 핵자 운동량 분포의 고운동량 尾에 얼마나 기여하는가?
• RQ3 현대적 소핵 핵물리 모델이 A=3 핵에서 절대 (e,e′p) 단면적과 그 비율을 얼마나 잘 재현하는가?
• RQ4 3He(e,e′p)/3H(e,e′p)의 단면적 비율을 사용하여 FSI 오염을 최소화하면서 내재된 운동량 분포 비율을 분리할 수 있는가?
• RQ5 누적 운동량의 함수로 3He와 3H에서 양성자의 평균 운동에너지의 정량적 행동은 어떠한가?

주요 결과

• 제안된 측정은 수십 년간 소핵물리에서의 빈자리였던 히트륨(3H)에서의 (e,e′p) 반응에 대한 첫 번째 실험적 데이터를 제공할 것이다.
• 저누적 운동량(pₘ < 150 MeV/c) 영역에서는 양성자 수를 고려해 3He(e,e′p)/3H(e,e′p) 비율이 증가할 것으로 예상되나, 고누적 운동량(pₘ > 450 MeV/c) 영역에서는 SRC 지배로 인해 감소할 것으로 예측된다.
• 고누적 운동량 영역에서 3He와 3H의 평균 운동에너지 비율은 상당히 다를 것으로 예측되며, 이는 SRC 쌍에서의 운동량 역전 현상을 반영한다.
• 측정된 운동량 범위 전역에서 단면적 비율의 통계적 불확실성은 5% 이하일 것으로 예상되어 이론 검증을 위한 고정밀도 시험을 가능하게 한다.
• 이 측정은 초저온 원자에서 핵물질에 이르기까지 비대칭 페르미 체계에서의 SRC의 보편적 행동을 검증할 것이다.
• 이 실험은 시기적으로 매우 중요한데, 마라토론 히트륨 타겟은 2015년 가을 이후 폐기될 것이며, 이는 3H(e,e′p)를 측정할 수 있는 마지막 기회이기 때문이다.