[论文解读] Spin effects and relative momentum spectrum of two protons in deuteron charge-exchange breakup

R. Lednický, V. L. Lyuboshitz+1 more|ArXiv.org|Feb 14, 2003

Atomic and Subatomic Physics Research参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文研究了快极化氘核在质子靶上的电荷交换碎裂过程 $d + p \rightarrow (pp) + n$，采用动量空间中的冲击近似计算两质子的相对动量谱。该研究严格考虑了终态的费米统计、库仑相互作用和强相互作用，以及氘核的 $d$-波混杂成分，表明在零动量转移处的微分截面仅取决于 $n+p\rightarrow p+n$ 反应的自旋翻转振幅，从而可通过极化测量实现自旋依赖项及其相位差的分离。

ABSTRACT

The relation between the differential cross section of the charge-exchange breakup of a fast deuteron d+p -> (pp)+n and the differential cross section of the charge transfer process n+p -> p+n is discussed taking into account the effects of the proton identity and of the Coulomb and strong interactions of protons in the final state. The distribution of the relative momenta of the protons is found in the framework of the impulse approach. It is shown that the use of polarized initial deuterons and protons allows one to separate two spin-dependent terms in the amplitude of the charge transfer reaction n+p -> p+n at zero angle and to determine their phase difference. The influence of the deuteron d-wave state is investigated.

研究动机与目标

• 建立氘核电荷交换碎裂微分截面与 $n+p\rightarrow p+n$ 电荷转移反应之间的精确理论关系。
• 以高精度考虑终态两质子系统中的费米统计、库仑和强相互作用。
• 研究氘核的 $d$-波成分对质子动量谱和极化可观测量的影响。
• 证明使用极化氘核束流轰击极化质子靶，可在原则上实现 $n+p\rightarrow p+n$ 振幅中自旋依赖项的分离及其相位差的测量。

提出的方法

• 对 $d + p \rightarrow (pp) + n$ 过程应用冲击近似，假设碰撞时间远短于氘核内部运动时间。
• 通过氘核波函数和动量转移构建终态两质子波函数，利用反对称化处理泡利不相容。
• 精确求解两质子系统的薛定谔方程，以包含终态中的库仑和强相互作用。
• 将 $n+p\rightarrow p+n$ 振幅的自旋结构分解为自旋非翻转与自旋翻转部分，后者在零动量转移处占主导地位。
• 通过将氘核波函数展开为 $s$-波和 $d$-波分量的方式，引入氘核中的 $d$-波混杂。
• 通过费米统计导致两质子必处于单重态，将两质子态投影至单重态，从而导出极化可观测量对氘核和质子极化参数的显式依赖。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 $d + p \rightarrow (pp) + n$ 过程中，两质子的相对动量谱如何依赖于终态相互作用和费米统计？
• RQ2 氘核的 $d$-波成分在前向电荷交换碎裂中对动量谱和极化效应起何作用？
• RQ3 能否通过使用极化氘核束流和极化靶，实验分离 $n+p\rightarrow p+n$ 振幅中的自旋翻转与自旋非翻转分量？
• RQ4 当精确包含两质子系统中的终态相互作用时，冲击近似的准确性如何？
• RQ5 在零动量转移处，$d$-波混杂对微分截面和极化可观测量的定量影响是什么？

主要发现

• 在零动量转移处，$d + p \rightarrow (pp) + n$ 的微分截面完全由 $n+p\rightarrow p+n$ 振幅的自旋翻转部分决定。
• 由于费米统计，两质子被迫处于单重态，使得截面仅对电荷转移过程的自旋依赖振幅敏感。
• 引入精确的终态相互作用（库仑和强相互作用）后，软动量区域（$k < 50$ MeV/$c$）的谱精度提高至百分之几以内。
• 氘核的 $d$-波成分改变了极化可观测量，使得中子-质子对的有效极化参数分别按 $\beta^2 - \frac{1}{2}\gamma^2$ 和 $\beta^2 + \frac{1}{10}\gamma^2$ 缩放。
• 在原则上，使用极化氘核束流轰击极化质子靶，可实现 $n+p\rightarrow p+n$ 振幅中两个自旋依赖项的分离，并测定其相位差。
• 在低相对动量区域，Glauber校正估计较小（<5%），但在 $k > 100$ MeV/$c$ 时可能达到约20%，表明在高动量区域需考虑其影响。