[論文レビュー] Large Q2 Electrodisintegration of the Deuteron in Virtual Nucleon Approximation

Misak Sargsian|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2009

Nuclear physics research studies被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、仮想核子近似および一般化されたアイケォナル近似（GEA）の枠組み内で、非摂動的電磁モーメントと非因数化された最終状態相互作用を考慮した、高Q²におけるドデュトロンの電離散化を記述する理論的枠組みを構築する。実験データがGEAの予測である、仮想光子の方向に対して約70°の反動角で散乱の再散乱効果が最大になることと一致しており、前向きの角度が束縛核子の構造およびドデュトロン波動関数の高運動量成分を調べるのに最適であることが示された。

ABSTRACT

The two-body break up of the deuteron is studied at high $Q^2$ kinematics, with main motivation to probe the deuteron at small internucleon distances. Such studies are associated with the probing of high momentum component of the deuteron wave function. For this, two main theoretical issues have been addressed such as electromagnetic interaction of the virtual photon with the bound nucleon and the strong interaction of produced baryons in the final state of the break-up reaction. Within virtual nucleon approximation we developed a new prescription to account for the bound nucleon effects in electromagnetic interaction. The final state interaction at high $Q^2$ kinematics is calculated within generalized eikonal approximation (GEA). We studied the uncertainties involved in the calculation and performed comparisons with the first experimental data on deuteron electrodisintegration at large $Q^2$. We demonstrate that the experimental data confirm GEA's early prediction that the rescattering is maximal at $\sim 70^0$ of recoil nucleon production relative to the momentum of the virtual photon. Comparisons also show that the forward recoil nucleon angles are best suited for studies of the electromagnetic interaction of bound nucleons and the high momentum structure of the deuteron. Backward recoil angle kinematics show sizable effects due to the $Δ$-isobar contribution. The latter indicates the importance of further development of GEA to account for the inelastic transitions in the intermediate state of the electrodisintegration reactions.

研究の動機と目的

• 束縛核子の電磁モーメントにおける非オンシェル効果および最終状態相互作用を考慮した、高Q²におけるドデュトロンの排他的電離散化の理論的モデルの構築を目的とする。
• 有効フェニマン規則から導かれる共変な散乱振幅を用いて、歪んだ波動インパルス近似を超える非因数化された共変な散乱振幅を用いることにより、それ以上の拡張を図る。
• 中間状態のΔ中間子状態の寄与および逆転角領域における電荷交換散乱の役割を調査する。
• 特に前向きの反動角を含む、高運動量成分のドデュトロン波動関数および非オンシェル電磁モーメントに最も感受しやすい運動量領域を特定する。
• 理論的予測を高Q²における最初の実験データと比較し、モデルの妥当性を検証し、その適用範囲を評価する。

提案手法

• 束縛核子の電磁モーメントにおけるオンシェルおよび非オンシェル寄与を分離するために、仮想核子近似を適用する。
• 一般化されたアイケォナル近似（GEA）を用いて、明確な仮想的性質を有する、共変かつゲージ不変な方法で最終状態相互作用（FSI）振幅を計算する。
• ドデュトロン波動関数、非オンシェル電磁モーメント、およびオン／オフシェル $NN$ 散乱振幅の畳み込みを通じて散乱振幅を導出する。
• 因数化なしに、$pn \to pn$ および電荷交換 $pn \to np$ 散乱振幅をすべてFSI計算に組み込む。
• ジェファーソンラボのデータと比較可能な実験条件に一致する数値的積分を実行し、理論的予測と比較する。
• 非オンシェルFSIおよび電荷交換寄与による不確実性を評価し、高Q²でそれらが小さくなることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 束縛核子の電磁モーメントにおける非オンシェル効果が、高Q²における電離断面積にどのように影響を与えるか？
• RQ2 特に一般化されたアイケォナル近似における最終状態相互作用が、反動核子の角度分布にどのように寄与するか？
• RQ3 特にΔ中間子状態の寄与は、反転角領域、特にΔ生成閾値付近で反応振幅にどの程度寄与するか？
• RQ4 前向き、反転、横方向のどの運動量領域が、インパルス近似の性質およびドデュトロン波動関数の高運動量成分を最も明確に分離できるか？
• RQ5 非因数化されたFSIおよび非オンシェル電流を組み込んだ理論的モデルは、高Q²におけるドデュトロン電離断面積の最初の実験データをどの程度よく再現できるか？

主な発見

• 実験データは、GEAの予測である、仮想光子の方向に対して反動核子が約70°の角度で散乱する際に最終状態相互作用効果が最大になるという予測を裏付けている。
• 前向きの反動角（θr ≲ 30°）では最終状態相互作用効果が最小であり、インパルス近似の構造、特に非オンシェル電磁モーメントおよびドデュトロン波動関数の高運動量成分を調べるのに最適であることが示された。
• 反転角領域（θr ≳ 120°）では、特に低Q²においてΔ中間子状態の寄与が顕著であり、Δ生成閾値に近いためにその影響が顕著に現れる。
• Δ中間子状態の相対的寄与はQ²が増加するにつれて小さくなり、高Q²における前向き角データは非弾性中間状態による汚染が少ないことが示唆された。
• モデルは低Q²データ（Q² = 0.665 GeV²）に対しても良好な一致を示しており、当初想定された高運動量領域を超えて広範な適用性を示していることがわかった。
• 高Q²では、非オンシェルFSIおよび電荷交換散乱による不確実性が無視できるほど小さくなり、全振幅は平面波インパルス近似およびオンシェル $NN$ 散乱振幅に支配されるようになった。