[论文解读] Interference pattern of the Coulomb and the strong Van der Waals forces in p-p scattering

Tetsuo Sawada|ArXiv.org|Jun 28, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文提出通过测量低能质子-质子散射（实验室系能量20–30 MeV）的角分布，探测库仑排斥力与吸引力强范德华力之间特有的干涉图案。利用s波相移数据和s波振幅的谱分析，作者预测在质心系散射角θ_cm ≈ 14°处，微分截面会出现约1%的下凹，为长程核力提供直接的实验信号，超越标准的短程模型。

ABSTRACT

In order to confirm the strong Van der Waals force in the nucleon-nucleon interaction, it is proposed to measure precisely the angular distribution of the cross section of the low energy ($T_{lab}=20 \sim 30MeV.$) proton-proton scattering. By using the spectrum of the long range interaction obtained from the analysis of the phase shift data of the S-wave of the p-p scattering, a characteristic interference pattern, which arises from the repulsive Coulomb and the attractive strong Van der Waals forces, is predicted. The pattern has a dip at $theta_{c.m.}=14^{\circ}$ with the depth around one per cent.

研究动机与目标

• 为核子-核子相互作用中长程强范德华力的存在提供直接的实验检验。
• 识别由库仑排斥力与强范德华吸引力竞争引起的质子-质子散射中独特的干涉图案。
• 证明在低能（20–30 MeV）下精确测量角分布可揭示散射振幅在t=0附近的解析结构，从而表征长程力。
• 确立在θ_cm ≈ 14°处观测到的下凹是范德华相互作用的特征信号，可与短程力区分开来。

提出的方法

• 分析质子-质子散射的s波相移数据，以提取长程相互作用的谱。
• 计算一次减去的坎托尔振幅，以分离ν=0处的奇点，去除幺正性和单π介子交换切割。
• 利用长程势的谱函数，对散射振幅A(s,t)中的t通道奇点进行建模，其在t=0附近的行为为∝ t^γ。
• 推导微分截面Δσ/σ(θ)关于质心系角度的函数，结合库仑势与强范德华势之间的干涉效应。
• 数值计算singlet与triplet态的系数函数g̃^s(θ)与g̃^t(θ)，以预测角依赖性。
• 通过改变非前向区域边界θ₁，将理论预测与实验数据进行比较，以检验下凹特征的鲁棒性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在低能质子-质子散射中，库仑排斥力与强范德华吸引力之间的干涉图案是否可被实验观测到？
• RQ2 若存在长程势V(r) ∝ -C/r⁶，是否会在散射振幅A(s,t)的t=0处产生显著的奇点？
• RQ3 在不同非前向区域边界θ₁下，θ_cm ≈ 14°处预测的微分截面下凹是否保持稳定？
• RQ4 能否从相移数据中提取长程力的谱函数，以确认其范德华性质？
• RQ5 观测到的角分布异常是否比传统的相移分析为长程力的存在提供更直接的确认？

主要发现

• 由于库仑力与强范德华力之间的相消干涉，在质心系散射角θ_cm ≈ 14°处，微分截面Δσ/σ(θ)预测出现约1%深度的窄下凹。
• 该下凹在不同非前向区域边界θ₁ = 30°, 45°, 60°, 90°下均保持稳定，表明预测具有鲁棒性。
• 预测的干涉图案源于散射振幅中t通道奇点∝ (-t)^{3/2}，这是具有α = 6的伦敦型范德华势的特征。
• 对一次减去的s波振幅的分析揭示了在ν = 0处存在类似尖点的结构∝ (c₀ - c₁√ν)，与长程范德华势一致。
• 从π-π散射数据中提取出长程力参数为γ = 1.95, C′ = 0.0161, β = 0.144，证实为卡西米尔-帕科类型相互作用。
• 该预测在低能质子-质子散射（20–30 MeV）中最为敏感，此时长程力效应增强且实验精度较高。