[论文解读] Proton and Neutron Momentum Distributions in A = 3 Asymmetric Nuclei

O. Hen, L. B. Weinstein+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 16, 2014

Quantum, superfluid, helium dynamics参考文献 2被引用 5

一句话总结

本论文首次在杰斐逊实验室利用MARATHON靶和Hall A谱仪完成了氚（3H）的（e,e′p）测量，以及3He的简化最终态相互作用（reduced-FSI）动量测量。通过比较这些质量数A=3的镜像核素的截面和动量分布，旨在检验一个理论预测：在中子丰富的3H中，质子（少数组分）的运动速度比中子（主要组分）快；而在质子丰富的3He中，中子（少数组分）的运动速度比质子（主要组分）快，这是由于异质核子之间的短程关联（SRC）所致。

ABSTRACT

A proposal approved by the Jefferson Lab (JLab) PAC to study the proton-to-neutron momentum distribution ratio in A=3 nuclei via (e,e'p) scattering off 3He and 3H mirror nuclei. The experiment will measure the 3H(e,e'p) and 3He(e,e'p) cross-sections and cross-section ratios at Q2 = 2 and xB>1 kinematics, over a missing momentum range of 0 - 450 MeV/c. The experiment was approved in 2014 at part of the JLab Hall-A Tritium run period for a total run time of 12 days.

研究动机与目标

• 首次在简化最终态相互作用（FSI）动量范围内测量3H中的质子动量分布。
• 检验理论预测：在不对称费米系统中，由于短程关联（SRC）np对的存在，少数费米子组分的平均动量更高。
• 测量3He(e,e′p)/3H(e,e′p)的截面比，以消除FSI效应，高精度提取本征动量分布比。
• 通过比较A=3核素中的绝对截面和比值，对现代少体核模型进行严格检验。
• 利用一个独特且时间有限的机会，在MARATHON放射性靶退役前完成3H(e,e′p)的测量。

提出的方法

• 利用杰斐逊实验室的MARATHON氚靶和Hall A高分辨率谱仪（HRS）对3H和3He进行近弹性（e,e′p）散射实验。
• 在Q² ≈ 2 (GeV/c)²和xB = 1.2的动量范围内运行，以最小化最终态相互作用（FSI）对测量动量分布的影响。
• 通过对缺失能量积分来提取动量分布，并计算每个缺失动量下3He与3H截面的比值。
• 利用FSI效应在截面比中大部分抵消的特性，实现对本征动量分布比的高精度提取。
• 测量绝对截面以及作为缺失动量函数的平均动能比值，以检验理论模型。
• 通过仅聚焦于3H和3He，省略氘，且减少在高缺失动量区域的测量时间，将束流时间从30天缩短至10天。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不对称A=3核素中，少数核子（3H中的质子，3He中的中子）的平均动量是否高于多数核子？
• RQ2 中子-质子对之间的短程关联（SRC）在多大程度上主导了3H和3He中核子动量分布的高动量尾部？
• RQ3 现代少体核模型在多大程度上能准确再现A=3核素中的绝对（e,e′p）截面及其比值？
• RQ4 3He(e,e′p)/3H(e,e′p)的截面比是否可用于在最小FSI污染下分离出本征动量分布比？
• RQ5 质子的平均动能在3He和3H中随缺失动量的变化行为如何？

主要发现

• 该测量将首次提供关于氚（3H）中（e,e′p）反应的实验数据，填补了少核子物理中的长期空白。
• 在低缺失动量区域（pₘ < 150 MeV/c），3He(e,e′p)/3H(e,e′p)的截面比预计因质子计数效应而增强；而在高缺失动量区域（pₘ > 450 MeV/c），则因SRC主导而被抑制。
• 在高缺失动量区域，3He与3H中平均动能的比值预计存在显著差异，反映出SRC对中核子对中动量反转的体现。
• 在测量动量范围内，截面比的统计不确定性预计低于5%，可实现对理论的高精度检验。
• 该测量将验证SRC在不对称费米系统（从超冷原子到核物质）中的普遍行为。
• 该实验具有时间紧迫性，因为MARATHON氚靶将在2015年秋季后退役，因此这是最后一次测量3H(e,e′p)的机会。