[论文解读] Constraints on the onset of color transparency from quasi-elastic $^{12}$C$(e,e'p)$ up to $Q^2=\,14.2\,$(GeV$/c)^2$

D. Bhetuwal, J. Matter+88 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本研究通过杰斐逊实验室霍尔C的高动量 (e,e′p) 非弹性散射，探究了12C中的颜色透明性，Q²最高达14.2 (GeV/c)²。通过测量核透明度和质子缺失动量分布不对称性，未发现颜色透明性开始的证据，结果与标准核物理模型的预测一致。

ABSTRACT

Quasi-elastic scattering on $^{12}$C$(e,e'p)$ was measured in Hall C at Jefferson Lab for space-like 4-momentum transfer squared $Q^2$ in the range of 8--14.2\,(GeV/$c$)$^2$ with proton momenta up to 8.3\,GeV/$c$. The experiment was carried out in the upgraded Hall C at Jefferson Lab. It used the existing high momentum spectrometer and the new super high momentum spectrometer to detect the scattered electrons and protons in coincidence. The nuclear transparency was extracted as the ratio of the measured yield to the yield calculated in the plane wave impulse approximation. Additionally, the transparency of the $1s_{1/2}$ and $1p_{3/2}$ shell protons in $^{12}$C was extracted, and the asymmetry of the missing momentum distribution was examined for hints of the quantum chromodynamics prediction of Color Transparency. All of these results were found to be consistent with traditional nuclear physics and inconsistent with the onset of Color Transparency.

研究动机与目标

• 通过12C上的高动量非弹性 (e,e′p) 散射，检验强子中颜色透明性的开始。
• 测量Q²最高达14.2 (GeV/c)²范围内的核透明度，以探测向颜色透明性的过渡。
• 在平行动量构型下，检查缺失动量分布的不对称性，以寻找颜色透明性（PLC）的信号。
• 将实验结果与平面波击中近似（PWIA）和非微扰QCD模型进行比较。
• 排除其他反应机制（如颜色透明性），支持标准的末态相互作用效应。

提出的方法

• 在杰斐逊实验室霍尔C，利用高动量谱仪（HMS）和新型超高动量谱仪（SHMS）对电子和质子进行符合探测，开展12C的非弹性 (e,e′p) 散射实验。
• 测量了Q²在8至14.2 (GeV/c)²范围内的四动量转移平方，质子动量最高达8.3 GeV/c。
• 通过测量截面与平面波击中近似（PWIA）预测的比值，提取核透明度。
• 在平行动量构型下，分析缺失动量分布沿和逆着动量转移矢量q的不对称性。
• 使用SIMC蒙特卡罗模拟对探测器响应和本底效应进行建模。
• 通过详细的探测器模拟和实验标定，进行运动学重建和效率修正。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Q² > 8 (GeV/c)²时，12C(e,e′p)中的核透明度是否表现出与颜色透明性开始一致的上升？
• RQ2 缺失动量分布是否存在可测量的不对称性，可作为被击出质子点状构型（PLC）的信号？
• RQ3 数据是否支持颜色透明性机制，还是更符合标准核物理中的末态相互作用？
• RQ4 所测透明度是否在整个Q²范围（最高达14.2 (GeV/c)²）内与平面波击中近似（PWIA）一致？
• RQ5 数据能否排除如颜色透明性或多夸克末态等奇异机制？

主要发现

• 在Q²从8到14.2 (GeV/c)²的全范围内，12C(e,e′p)中的核透明度与平面波击中近似（PWIA）保持一致。
• 在高Q²区域未观察到透明度的显著上升，与颜色透明性开始的预测相矛盾。
• 缺失动量分布的不对称性与PWIA模拟一致，且在动量转移矢量q方向无增强。
• 对1s1/2和1p3/2壳层质子测量的透明度未偏离标准核物理预期。
• 所有结果均与颜色透明性开始不一致，反而支持传统的末态相互作用模型。
• 在平行动量构型条件下，数据排除了12C(e,e′p)中颜色透明性等额外反应机制的存在。