[논문 리뷰] Polarization-transfer measurement to a large-virtuality bound proton in the deuteron

ALICE Collaboration, I. Yaron외 29명|arXiv (Cornell University)|2016. 02. 19.

Advanced NMR Techniques and Applications인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 탈리움-2의 비자유 상태에서의 $^{2}\mathrm{H}(\vec{e},e'\vec{p})n$ 반응에서 분극 전이 비율을 측정하여, 중성자 내에서의 양성자 전자기 형상 인자의 수정 여부를 탐구한다. 연구 결과, 자유 양성자 행동과의 편차는 핵 밀도가 아니라 탈구된 양성자의 가상성에 따라 강하게 스케일링됨을 확인하여, 평균장 상호작용이 아니라 비자유 상태 효과가 관측된 10%의 격리 차이를 이끌어내는 것으로 나타났다.

ABSTRACT

Possible differences between free and bound protons may be observed in the ratio of polarization-transfer components, $P'_x/P'_z$. We report the measurement of $P'_x/P'_z$, in the $^2 extrm{H}(\vec{e},e^{\prime}\vec{p})n$ reaction at low and high missing momenta. Observed increasing deviation of $P'_x/P'_z$ from that of a free proton as a function of the virtuality, similar to that observed in \hefour, indicates that the effect in nuclei is due to the virtuality of the knock-out proton and not due to the average nuclear density. The measured differences from calculations assuming free-proton form factors ($\sim10\%$), may indicate in-medium modifications.

연구 동기 및 목표

• 결합된 탈리움-2의 양성자 전자기 형상 인자가 자유 양성자와 다를 수 있는지 조사하기 위해.
• 분극 전이 비율에서 관측된 편차가 핵 밀도인지, 아니면 탈구된 양성자의 가상성(비자유 상태) 때문인지 규명하기 위해.
• 낮은 결합 에너지를 가진 탈리움-2의 결과를 고밀도의 $^{4}\mathrm{He}$ 핵과 비교하여 평균 핵 밀도와 가상성의 역할을 분리하기 위해.
• 자유 양성자 형상 인자를 가정한 이론 모델을 광범위한 가상성 범위에서 고정밀도 데이터와 비교하기 위해.
• 자유 양성자 형상 인자를 가정한 계산과 데이터 간의 격리 차이를 바탕으로 중성자 내에서의 형상 인자 수정이 필요한지 평가하기 위해.

제안 방법

• 제퍼슨 랩에서의 $^{2}\mathrm{H}(\vec{e},e'\vec{p})n$ 반응에서 탈구된 양성자의 횡방향($P'_{x}$) 및 縦방향($P'_{z}$) 분극 전이 성분을 측정한다.
• 잔류계의 관성 질량과 누락 운동량을 사용하여 양성자의 가상성을 $\nu$로 정의한다: $\nu = \left(M_A - \sqrt{M^2_{A-1} + p^2_{\textrm{miss}}}\right)^2 - p^2_{\textrm{miss}} - M^2_p$.
• 자유 양성자 행동에 대한 중간 효과를 분리하기 위해 이중 비율 $\left(P'_{x}/P'_{z}\right)_{A} / \left(P'_{x}/P'_{z}\right)_{\mathrm{H}}$을 계산한다.
• 자유 양성자 형상 인자를 가정한 이론적 계산(최종 상태 상호작용(FSI), 메손 교환 전류(MEC), 단일 입자 전류(IC) 포함)과 실험적 이중 비율을 비교한다.
• 고정밀도 전자 비틀림 및 운동량 분석을 사용하여 $P'_{x}$ 및 $P'_{z}$를 체계적 오차를 최소화하여 추출한다.
• 이전 측정보다 거의 두 배에 가까운 가상성 범위를 확장하여 가상성 의존성에 대한 명확한 시험을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 탈리움-2에서 탈구된 양성자의 비율 $P'_{x}/P'_{z}$가 자유 양성자와 다를 수 있으며, 만약 그렇다면 그 이유는 무엇인가?
• RQ2 관측된 편차가 매질의 평균 핵 밀도 때문인지, 아니면 타격을 입은 양성자의 가상성(비자유 상태) 때문인지?
• RQ3 이중 비율 $\left(P'_{x}/P'_{z}\right)_{^{2}\mathrm{H}} / \left(P'_{x}/P'_{z}\right)_{\mathrm{H}}$는 양성자의 가상성에 따라 어떻게 변화하며, $^{4}\mathrm{He}$ 데이터와 비교해보면 어떠한가?
• RQ4 자유 양성자 형상 인자를 가정한 이론적 계산이 측정된 분극 전이 비율을 어느 정도 재현하는가?
• RQ5 표준 핵 매질 효과를 초월하여 중성자 내에서의 양성자 전자기 형상 인자의 수정에 대한 증거가 있는가?

주요 결과

• 이중 비율 $\left(P'_{x}/P'_{z}\right)_{^{2}\mathrm{H}} / \left(P'_{x}/P'_{z}\right)_{\mathrm{H}}$는 양성자의 가상성에 따라 증가하며, 명백한 가상성 의존성이 있음을 보여준다.
• 탈리움-2에서의 이중 비율의 가상성 의존성은 평균 핵 밀도가 매우 다른 $^{4}\mathrm{He}$에서 관측된 것과 밀도가 매우 유사하게 일치한다.
• 탈리움-2와 $^{4}\mathrm{He}$ 데이터 간의 일치는 관측된 편차가 평균 핵 밀도 때문이 아니라 탈구된 양성자의 가상성에 의해 유도된다는 것을 시사한다.
• 자유 양성자 형상 인자를 가정한 이론적 계산은 데이터의 일반적 경향을 재현하지만, 특히 고가상성 영역에서 약 10%의 전반적 편차를 보인다.
• 데이터와 계산 간의 격리 차이는 중성자 내에서의 양성자 전자기 형상 인자의 수정이 데이터를 완전히 기술하기 위해 필요할 수 있음을 시사한다.
• 이론적 계산은 양성자 운동량의 부호에 따라 다른 행동을 보이며, 이는 데이터와 일치한다. 이 현상은 더 높은 양의 $p_{\textrm{miss}}$에서 추가로 검증되어야 한다.