[论文解读] 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 6

一句话总结

本文在虚核子近似和广义叶基近似（GEA）框架内构建了一个理论模型，用于描述高-Q² 条件下的氘核电离过程，考虑了非在线电磁流和非因子化的最终态相互作用。结果表明，实验数据证实了 GEA 预测的在约 70° 反冲角度时最终态相互作用效应达到最大，而前向角度最适于探测束缚核子结构以及氘核波函数的高动量分量。

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.

研究动机与目标

• 开发一个高-Q² 独立电离氘核的理论模型，以考虑束缚核子电磁流中的非在线效应以及最终态相互作用。
• 通过使用从有效费曼规则导出的非因子化、协变散射振幅，超越畸变波 impulse 近似。
• 研究中间态 Δ-同位旋态贡献以及电荷交换最终态相互作用在后向角运动学中的作用。
• 识别最敏感于氘核波函数高动量分量和非在线电磁流的运动学区域，特别是前向反冲角度。
• 将理论预测与杰斐逊实验室在大 Q² 条件下的首次实验数据进行比较，以验证模型并评估其适用范围。

提出的方法

• 应用虚核子近似，将束缚核子电磁流的在线与非在线贡献分离。
• 使用广义叶基近似（GEA）以协变、规范不变的方式计算最终态相互作用（FSI）振幅，明确界定虚度。
• 通过氘核波函数、非在线电磁流以及在线/非在线 $NN$ 最终态散射振幅的卷积推导散射振幅。
• 在 FSI 计算中同时包含 $pn \to pn$ 和电荷交换 $pn \to np$ 散射振幅，且不进行因子化处理。
• 通过数值分析进行运动学积分，匹配实验条件，将理论预测与杰斐逊实验室的数据进行比较。
• 评估非在线 FSI 和电荷交换贡献带来的不确定性，结果表明这些效应在高 Q² 时显著减小。

实验结果

研究问题

• RQ1 束缚核子电磁流中的非在线效应如何影响高-Q² 条件下的电离截面？
• RQ2 最终态相互作用，特别是广义叶基近似中的最终态相互作用，在塑造反冲核子角分布中起到何种作用？
• RQ3 中间态 Δ-同位旋态在反应振幅中贡献多大程度，尤其是在接近 Δ 产生阈值的后向角区域？
• RQ4 在前向、后向或横向区域中，哪一个最能隔离 impulse 近似特性以及氘核波函数的高动量分量？
• RQ5 该理论模型（包含非因子化 FSI 和非在线电流）与高-Q² 氘核电离的首次实验数据相比，拟合程度如何？

主要发现

• 实验数据证实了 GEA 的预测：最终态相互作用效应在相对于虚光子方向约 70° 的反冲核子角度时达到最大。
• 前向反冲角度（θr ≲ 30°）表现出最小的最终态相互作用效应，表明其最适于研究 impulse 近似结构，包括非在线电磁流和氘核波函数的高动量分量。
• 后向角运动学（θr ≳ 120°）在较低 Q² 时显著受到中间 Δ-同位旋态的贡献，这与其接近 Δ 产生阈值有关。
• 随着 Q² 增大，Δ-同位旋态贡献的相对强度减小，表明高-Q² 条件下的前向角数据受非弹性中间态污染较小。
• 该模型在低 Q² 数据（Q² = 0.665 GeV²）上表现出良好拟合，表明其适用范围超出最初预期，甚至延伸至高动量区域之外。
• 在高 Q² 条件下，非在线 FSI 和电荷交换散射带来的不确定性可忽略不计，总振幅主要由平面波 impulse 近似和在线 $NN$ 散射主导。