[论文解读] Present status of the long range component of the nuclear force

Tetsuo Sawada|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2000

Quantum, superfluid, helium dynamics参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文通过分析 S 波质子-质子散射振幅在 ν=0 处是否存在额外奇点，研究了核力中长程分量的存在性，该奇点对应于长程相互作用。利用从相移数据导出的正则化函数，发现在 ν=0 处存在一个与平方根奇点一致的尖锐尖点，表明存在一种类似伦敦型范德华相互作用的吸引力，其阈值幂次 γ ≈ 1.54，暗示存在一种超强的底层库仑相互作用。

ABSTRACT

In order to settle the fundamental question whether the nuclear forces involve the long range components, the S-wave amplitude of the proton-proton scattering is analysed in search for the extra singularity at $ν=0$, which corresponds to the long range force. To facilitate the search, a function, which is free from the singularities in the neighborhood of $ν=0$ when all the interactions are short range, is constructed. The calculation of such a function from the phase shift data reveals a sharp cusp at $ν=0$ in contradiction to the meson theory of the nuclear force. The type of the extra singularity at $ν=0$ is close to what is expected in the case of the strong van der Waals interaction. Physical meanings of the long range force in the nuclear force are discussed. Low energy p-p experiments to confirm directly the strong long range interaction are also proposed, in which the characteristic interference patten of the Coulonb and the Van der Waals forces is predicted.

研究动机与目标

• 通过探测 S 波质子-质子散射振幅在 ν=0 处是否存在额外奇点，确定核力是否包含长程分量。
• 通过解析结构分析，将长程贡献与短程相互作用及电磁效应分离。
• 检验所观测到的奇点形式是否与强范德华相互作用的理论预期一致。
• 提出低能实验，以直接观测库仑力与长程力之间的干涉图样。

提出的方法

• 从修正的有效范围函数 X₀(ν) 构建正则化函数 K₀(ν)，去除一π介子交换和电磁相互作用带来的已知奇点。
• 对 K₀(ν) 应用一次减去的色散关系，形成 K̃₀^{once}(ν)，以增强对 ν=0 处奇点的敏感性。
• 利用高精度的 S 波质子-质子相移数据，拟合谱函数 Aₜ(4m²,t) = πC't^γ exp(−βt)，提取参数 γ、β 和 C′。
• 将所观测到的奇点形式与范德华力的理论预期进行比较，特别是伦敦型（γ=1.5）和卡西米尔-波尔德型（γ=2.0）相互作用。
• 利用范德华势的 C₆ 系数不等式，结合强子尺寸和观测到的 C₆，估算底层库仑相互作用的强度。
• 提出在 T_lab ≈ 25–40 MeV 能区进行低能 pp 散射实验，以探测库仑力与长程力之间特有的干涉图样。

实验结果

研究问题

• RQ1 S 波质子-质子散射振幅是否在 ν=0 处表现出额外奇点，表明存在长程核力？
• RQ2 ν=0 处奇点的形式是否与强范德华相互作用所预期的平方根类型一致？
• RQ3 谱函数 Aₜ(4m²,t) 在 t=0 处的阈值幂次 γ 是多少？其是否与已知长程力的预测相符？
• RQ4 能否从观测到的长程力参数估算出底层库仑相互作用的强度？
• RQ5 实验探测库仑力与长程力之间干涉的最佳能量和角度范围是什么？

主要发现

• 一次减去的函数 K̃₀^{once}(ν) 在 ν=0 处表现出一个尖锐的尖点，其奇点形式与伦敦型范德华相互作用一致。
• 通过多能量相移数据的卡方拟合，确定谱函数的阈值幂次为 γ = 1.54，接近伦敦型力理论值 1.5。
• 谱函数 Aₜ(4m²,t) 在 √t = 4.9 处出现峰值，对应 660 MeV，表明在此动量转移附近存在主导贡献。
• 一次减去的振幅谱 Aₜ(4m²,t)/t 的峰值位于 √t = 2.93，即 395 MeV，表明长程相互作用的主导有效质量标度在此处。
• 估算的底层库仑相互作用强度满足 ∗e² > 3.3（当强子半径为 0.5 fm 时），且 ∗e² > 14（当半径为 0.25 fm 时），两者均显著超过典型值，与任意子模型一致。
• 预测的库仑力与长程力之间的干涉图样在 θ_c.m. ≈ 10° 处表现出约 0.3% 的下凹，最可能在 T_lab ≈ 25–40 MeV 能区观测到。