[论文解读] Quark-Model Baryon-Baryon Interaction Applied to the Neutron-Deuteron Scattering (II) Polalization Observables of the Elastic Scattering

K. Fukukawa, Yoshikazu Fujiwara|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2011

Superconducting Materials and Applications被引用 4

一句话总结

本论文采用夸克模型核子-核子相互作用fss2，结合法德代夫形式体系研究了中子-氘核弹性散射，在低能区（$E_n \leq 25$ MeV）未引入三体力即实现了与实验向量分析功率$A_y(\theta)$的显著改善。夸克模型相互作用中短程排斥的非局域性通过增强$^2S_{1/2}$相移，部分解决了长期存在的$A_y$-疑难问题；同时，利用Vincent和Phatak方法分析了$pd$散射中的电磁效应。

ABSTRACT

The neutron-deuteron (nd) scattering is solved in the Faddeev formalism, employing the energy-independent version of the quark-model baryon-baryon interaction fss2. The differential cross sections and the spin polarization of the elastic scattering up to the neutron incident energy $E_n=65$ MeV are well reproduced without reinforcing fss2 with the three-body force. The vector analyzing-power of the neutron, $A_y(θ)$, in the energy region $E_n$ < 25 MeV is largely improved in comparison with the predictions by the meson-exchange potentials, thus yielding a partial solution of the long-standing $A_y$-puzzle owing to the nonlocality of the short-range repulsion produced by the quark-model baryon-baryon interaction. The large Coulomb effect in the vector and tensor analyzing-powers in $E_n$ < 10 MeV is also analyzed based on the Vincent and Phatak method and recent detailed studies by other authors.

研究动机与目标

• 采用基于夸克模型的强子-强子相互作用研究中子-氘核弹性散射中的自旋极化可观测量。
• 通过检验fss2相互作用的预测能力，解决低能$nd$和$pd$散射中长期存在的$A_y$-疑难问题。
• 分析夸克模型相互作用中短程排斥的非局域性对三核子散射可观测量的影响。
• 利用Vincent和Phatak方法，研究$E_p \leq 10$ MeV时$pd$散射中电磁效应对于张量型分析功率的影响。

提出的方法

• 采用法德代夫形式体系求解基于夸克模型$SU_6$框架推导出的能量无关fss2相互作用的$nd$散射问题。
• 采用Noyes-Kowalski方法处理Alt-Grassberger-Sandhas（AGS）方程中的氘核奇点。
• 采用标准样条插值技术处理自由三体格林函数的移动奇点。
• 从重整化的RGM核构建非局域性保持且相移精度达0.1°的非壳上$t$-矩阵。
• 应用Blatt和Biedenharn形式体系计算核子和氘核的极化可观测量，包括分析功率和极化转移系数。
• 采用带截断电磁势的Vincent和Phatak方法，研究低能$pd$散射中电磁效应的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 夸克模型强子-强子相互作用fss2是否能在不引入三体力的前提下，重现$nd$弹性散射中的向量分析功率$A_y(\theta)$？
• RQ2 fss2相互作用中短程排斥的非局域性如何影响$^2S_{1/2}$相移和$A_y$可观测量？
• RQ3 在$E_p \leq 10$ MeV时，电磁效应在多大程度上扭曲了$pd$散射中的张量型分析功率？
• RQ4 与介子交换势相比，fss2相互作用是否在$A_y$-疑难区域改善了$nd$散射可观测量的描述？

主要发现

• 在$E_n \leq 25$ MeV时，$nd$散射的向量分析功率$A_y(\theta)$相比介子交换势的预测结果有显著改善，部分解决了$A_y$-疑难问题。
• fss2模型中的$^2S_{1/2}$相移比介子交换模型更具吸引力，主要归因于短程排斥的非局域性。
• 在未引入三体力的前提下，微分截面和总截面在$E_n = 65$ MeV以内均得到良好再现。
• 双态和四重态$nd$散射长度准确再现：${}^2a_{nd} = 0.66$ fm（双态）和${}^4a_{nd} = 6.30$ fm（四重态）。
• 采用截断电磁势的Vincent和Phatak方法成功再现了$E_p \leq 10$ MeV时$dp$张量分析功率在前向角区的特征分布。
• 该模型预测在$E_n = 35$–$65$ MeV时微分截面具有比实验更大的衍射极小值，且与未引入三体力时正确的三核子结合能一致。