dd 散射中的時間不變性破壞效應

المفاهيم الأساسية

在考慮核子-核子彈性散射振幅的自旋依賴性和碰撞氘核的自旋結構的情況下，基於格勞伯理論，本文發展了一種計算 dd 散射中時間反演對稱性破壞信號的形式。

الملخص

文獻資訊
Platonova, M.N., & Uzikov, Yu.N. (2024). Time-invariance violation effect in dd scattering. arXiv preprint arXiv:2410.03262v1.
研究目標
本研究旨在計算並分析氘核-氘核 (dd) 散射中的時間反演對稱性破壞 (TVPC) 信號。
方法
研究人員採用了格勞伯繞射理論，並完整考慮了核子-核子 (NN) 散射振幅的自旋依賴性和碰撞氘核的自旋結構。他們考慮了單散射和雙散射機制，這些機制在彈性過程 dd → dd 的第一個繞射極大值區域中占主導地位，並對 TVPC 信號做出主要貢獻。此外，他們還首次在計算中考慮了氘核波函數的 D 分量，以及先前研究中已考慮的 S 分量，並發現 S-D 干涉對 TVPC 信號有顯著影響。
主要發現

在考慮 NN 彈性散射振幅的自旋依賴性和碰撞氘核的自旋結構的情況下，基於格勞伯理論，發展了一種計算 dd 散射中時間反演對稱性破壞信號的形式。
計算結果顯示，TVPC 信號的最大值出現在不變質量 √sNN ∼1.95–2.05 GeV 處。
在 NICA SPD 實驗條件下，當碰撞能量 √sNN ≳2.5 GeV 時，信號的大小很大程度上取決於用於 pN 散射的 T 偶 P 偶自旋振幅的模型，並且隨著能量的增加而減小。
在不消失於質殼上的三種類型的核子間 TVPC 相互作用中，只有一種類型 (hN) 產生非零貢獻，而其他兩種類型 (gN 和 g'N) 由於這些相互作用的特定對稱性而消失。
主要結論
本研究為計算 dd 散射中的 TVPC 信號提供了一個全面的理論框架。研究結果表明，TVPC 信號對碰撞能量和所使用的 NN 散射振幅模型非常敏感。此外，該研究還發現，在 dd 散射中，只有一種類型的 TVPC NN 相互作用 (hN) 會產生非零貢獻，這對於從相關數據中提取 TVPC 相互作用的未知常數至關重要。
研究意義
這項研究通過提供對 dd 散射中 TVPC 效應的詳細分析，增進了我們對時間反演對稱性破壞的理解。研究結果對在 NICA SPD 等實驗中尋找 TVPC 信號具有重要意義。
局限性和未來研究方向
本研究的一個局限性是 TVPC 相互作用常數的數值仍然未知。未來的研究可以使用更精確的 NN 散射振幅模型來提高 TVPC 信號計算的準確性。此外，未來的實驗可以探索在更高碰撞能量下 TVPC 信號的行為。

الإحصائيات

在實驗室質子束能量為 0.1–1.2 GeV 的範圍內（對應於碰撞核子的不變質量區間為 √spN = 1.9–2.4 GeV）。
在較高的能量 √sNN ≳2.5 GeV 處，對應於 NICA SPD 實驗的條件。
TVPC 信號的最大值對應於不變質量 √sNN ∼1.95–2.05 GeV。

اقتباسات

الرؤى الأساسية المستخلصة من

Time-invariance violation effect in $\bm{dd}$ scattering

by M.N. Platono... في arxiv.org 10-07-2024

https://arxiv.org/pdf/2410.03262.pdf

استفسارات أعمق

如何利用本研究的結果來設計實驗以尋找 dd 散射中的 TVPC 信號？

本研究的結果表明，在 dd 散射中，只有 hN 類型的 TVPC 交互作用會產生非零貢獻，並且 TVPC 信號在不變質量 √sNN ∼1.95–2.05 GeV 處達到最大值。基於這些發現，可以設計以下實驗來尋找 dd 散射中的 TVPC 信號：

選擇合適的碰撞能量： 根據理論計算，實驗應選擇在 √sNN ∼1.95–2.05 GeV 附近能量進行，以最大化 TVPC 信號的強度。
極化氘核束和靶： 實驗需要使用一個具有橫向矢量極化 (Py) 的氘核束和一個具有張量極化 (Pxz) 的氘核靶。
測量不對稱性： 通過測量事件計數率在氘核束矢量極化符號改變時的不對稱性，可以提取出 TVPC 信號。這需要高精度的探測器和數據分析技術，以區分微弱的 TVPC 信號和背景噪聲。
考慮 S-D 干涉效應： 實驗設計和數據分析需要考慮 S-D 波干涉對 TVPC 信號的影響。
比較不同能量下的結果： 在不同能量下進行測量可以驗證理論預測，並幫助區分不同模型。

此外，為了提高實驗靈敏度，可以考慮以下因素：

高流強束流： 更高的束流強度可以增加事件發生率，從而提高統計顯著性。
低溫靶： 使用低溫靶可以減少靶物質中的熱運動，從而提高測量精度。
先進的探測器技術： 高分辨率、大接收度的探測器可以提高信號收集效率和數據分析精度。

是否存在其他理論模型可以解釋 dd 散射中的 TVPC 效應？

除了基於 Glauber 衍射理論和 h1(1170) 介子交換的模型外，還有一些其他的理論模型可以解釋 dd 散射中的 TVPC 效應，例如：

超越標準模型的新物理： 一些超越標準模型的新物理理論，例如超對稱理論和額外維度理論，預測了新的粒子或交互作用，這些粒子或交互作用可能導致 TVPC 效應。
夸克-膠子等离子体： 在高能重离子碰撞中，可能會產生夸克-膠子等离子体 (QGP)。QGP 中的強交互作用可能導致 TVPC 效應。
核子電偶極矩： 儘管本研究假設核子電偶極矩為零，但如果核子確實具有非零的電偶極矩，則可能導致 dd 散射中的 TVPC 效應。
需要強調的是，目前還沒有任何實驗證據表明存在 TVPC 效應。因此，需要更多的理論和實驗研究來探索這些可能性。

時間反演對稱性破壞的發現將對我們理解宇宙的起源和演化產生什麼影響？

時間反演對稱性是物理學中的一個基本對稱性，它描述了物理規律在時間反演變換下的不變性。然而，在宇宙學中，我們觀察到宇宙中的物質和反物質是不對稱的，這表明在宇宙早期可能存在時間反演對稱性破壞的過程。
如果在 dd 散射或其他實驗中發現了時間反演對稱性破壞的證據，將會對我們理解宇宙的起源和演化產生重大影響：

解釋宇宙物質-反物質不對稱性： 時間反演對稱性破壞是解釋宇宙中物質-反物質不對稱性的關鍵因素之一。
檢驗超越標準模型的新物理： 時間反演對稱性破壞的發現將為超越標準模型的新物理提供強有力的證據。
加深對宇宙早期演化的理解： 時間反演對稱性破壞的程度和方式可以幫助我們更好地理解宇宙早期的演化過程，例如暴脹時期和重子生成時期。
總之，時間反演對稱性破壞的發現將是基礎物理學和宇宙學的重大突破，它將為我們理解宇宙的起源和演化提供新的視角。