Wir gratulieren Dr. Viacheslav Tsaran nachträglich zur abgeschlossenen Dissertation mit dem Titel
Unified approach to nuclear pion scattering and photoproduction
Ein vielversprechender Weg, um zu untersuchen, wie Protonen und Neutronen im Inneren von Atomkernen angeordnet sind, ist die Erzeugung neutraler Pionen durch Photonenwechselwirkungen mit den Kernen. Die genaue Modellierung dieser Wechselwirkungen war jedoch bisher eine Herausforderung. Diese Forschungsarbeit entwickelt einen neuen theoretischen Rahmen für die Pionenproduktion im Bereich niedrigen Energien, der die komplexen Wechselwirkungen zwischen Pionen und Kernen berücksichtigt.
Kurzübersicht der Arbeit für Fachkündige:
Die Fortschritte beim Verständnis von Atomkernen und Neutronensternen machen deutlich, dass präzisere experimentelle Daten über Neutronenverteilungen in Kernen benötigt werden. Die kohärente nukleare π0-Photoproduktion wird seit längerem studiert für diesen Zweck, doch der Fortschritt wird durch theoretische Herausforderungen begrenzt, insbesondere bei der genauen Modellierung der Wechselwirkungen zwischen Pionen und Kernen. Die vorliegende Arbeit versucht, diese Probleme durch die Entwicklung eines einheitlichen theoretischen Rahmens für die Photoproduktion und Streuung von Kernpionen zu lösen und den Weg für genauere Vorhersagen zu ebnen. Diese Entwicklungen können auch als ein Baustein für Verbesserung der Beschreibung der Neutrino-induzierten Produktion von Pionen im Hinblick auf die Long-Baseline-Neutrino-Projekte dienen.
Wir etablieren unseren Ansatz, indem wir ein aktualisiertes Modell für die Pion-Kern-Streuung im Rahmen der verzerrten Wellen-Impuls-Näherung im Impulsraum entwickeln. Die Streuamplitude wird aus der Lippmann-Schwinger-Gleichung ermittelt, für die wir ein neuartiges Pion-Kern-Potenzial im Impulsraum konstruieren. Das entwickelte Potenzial berücksichtigt die Pion-Rückstreuung zweiter Ordnung an angeregten nuklearen Zwischenzuständen in Übereinstimmung mit dem Paulischen Ausschließungsprinzip und beinhaltet den Pion-Nukleon-Ladungsaustausch im Zwischenzustand und Nukleon-Spin-Flip-Prozesse. Die Vielteilcheneffekte des Mediums sind in der komplexen effektiven Δ-Selbstenergiefunktion enthalten und modifizieren den Δ-Propagator im nuklearen Medium. Wir ermitteln drei optimale energieunabhängige Parameter unseres Modells durch eine Multienergie-Anpassung der π±-12C totalen, Reaktions- und differentiellen elastischen Wirkungsquerschnitte. Um die Vorhersagekraft unseres Ansatzes zu demonstrieren, vergleichen wir seine Vorhersagen mit π±-Streuungsdaten an 16O, 28Si, und 40Ca.
Auf der Grundlage des entwickelten Rahmens für die Pion-Kern-Streuung erweitern wir unseren Ansatz auf die Analyse der kohärenten π0-Photoproduktion am Kern und beziehen dabei den Ladungsaustausch im Endzustand und den Spin-Flip der Nukleonen mit ein. Die effektive Δ-Selbstenergiefunktion, die die Photoproduktionsamplitude modifiziert, wird direkt aus der Analyse der Pion-Kern-Streuung übernommen. Die resultierende Vorhersage unseres Ansatzes für die π0-Photoproduktion am Kern stimmt gut mit experimentellen Daten für 12C und 40Ca überein, ohne dass die Modellparameter der Photoproduktionsamplitude angepasst werden müssen.