MuCap: Muon Capture on the Proton
MuCap: Muon Capture on the Proton
复制标题
MuCap：质子上的 μ 介子捕获
DOI：
10.21468/scipostphysproc.5.017
复制
发表时间：
2021
影响因子：
--
通讯作者：
C. Petitjean
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
M. Hildebrandt;C. Petitjean
<jats:p>The singlet muon capture rate <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>\Lambda_S</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:msub><mml:mi>Λ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>
on the proton <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>\mu^-\ p \to \nu_\mu~n</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo></mml:msup><mml:mspace width="0.222em" /><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.222em" /><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>
is determined in a high precision lifetime measurement. The main
apparatus consists of a new hydrogen time projection chamber as muon
detector, developed by PSI, surrounded by cylindrical wire chambers and
a plastic scintillator hodoscope as electron detectors. The parameter
<jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>\Lambda_S</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:msub><mml:mi>Λ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>
is evaluated as the difference between the inverse
<jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>\mu\,p</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mspace width="0.167em" /><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>
lifetime and that of the free <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>\mu^+</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:msup><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>.
The result <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>\Lambda_S^\text{MuCap} = (715.6 \pm 5.4^\text{stat} \pm 5.1^\text{sys})\,\text{s}^{-1}</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Λ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mtext mathvariant="normal">MuCap</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>715.6</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:msup><mml:mn>5.4</mml:mn><mml:mtext mathvariant="normal">stat</mml:mtext></mml:msup><mml:mo>±</mml:mo><mml:msup><mml:mn>5.1</mml:mn><mml:mtext mathvariant="normal">sys</mml:mtext></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.167em" /><mml:msup><mml:mtext mathvariant="normal">s</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>
is in excellent agreement with the prediction of chiral perturbation
theory <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>\Lambda_S^{\chi\text{PT}} = (715.4 \pm 6.9)\,\text{s}^{-1}</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Λ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mtext mathvariant="normal">PT</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>715.4</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>6.9</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.167em" /><mml:msup><mml:mtext mathvariant="normal">s</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>.
From <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>\Lambda_S^\text{MuCap}</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>Λ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mtext mathvariant="normal">MuCap</mml:mtext></mml:msubsup></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>
a recent analysis derives for the induced pseudoscalar coupling
<jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>g^\text{MuCap}_p = 8.23 \pm 0.83</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mtext mathvariant="normal">MuCap</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8.23</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.83</mml:mn></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>
whereas <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>\bar{g}^{\chi\text{PT}}_p = 8.25 \pm 0.25</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mtext mathvariant="normal">PT</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8.25</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.25</mml:mn></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>.</jats:p>
<jats:p>The singlet muon capture rate <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>\Lambda_S</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:msub><mml:mi>Λ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>
on the proton <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>\mu^-\ p \to \nu_\mu~n</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo></mml:msup><mml:mspace width="0.222em" /><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.222em" /><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>
is determined in a high precision lifetime measurement. The main
apparatus consists of a new hydrogen time projection chamber as muon
detector, developed by PSI, surrounded by cylindrical wire chambers and
a plastic scintillator hodoscope as electron detectors. The parameter
<jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>\Lambda_S</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:msub><mml:mi>Λ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>
is evaluated as the difference between the inverse
<jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>\mu\,p</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mspace width="0.167em" /><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>
lifetime and that of the free <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>\mu^+</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:msup><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>.
The result <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>\Lambda_S^\text{MuCap} = (715.6 \pm 5.4^\text{stat} \pm 5.1^\text{sys})\,\text{s}^{-1}</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Λ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mtext mathvariant="normal">MuCap</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>715.6</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:msup><mml:mn>5.4</mml:mn><mml:mtext mathvariant="normal">stat</mml:mtext></mml:msup><mml:mo>±</mml:mo><mml:msup><mml:mn>5.1</mml:mn><mml:mtext mathvariant="normal">sys</mml:mtext></mml:msup><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.167em" /><mml:msup><mml:mtext mathvariant="normal">s</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>
is in excellent agreement with the prediction of chiral perturbation
theory <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>\Lambda_S^{\chi\text{PT}} = (715.4 \pm 6.9)\,\text{s}^{-1}</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Λ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mtext mathvariant="normal">PT</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false" form="prefix">(</mml:mo><mml:mn>715.4</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>6.9</mml:mn><mml:mo stretchy="false" form="postfix">)</mml:mo><mml:mspace width="0.167em" /><mml:msup><mml:mtext mathvariant="normal">s</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>.
From <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>\Lambda_S^\text{MuCap}</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>Λ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mtext mathvariant="normal">MuCap</mml:mtext></mml:msubsup></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>
a recent analysis derives for the induced pseudoscalar coupling
<jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>g^\text{MuCap}_p = 8.23 \pm 0.83</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mtext mathvariant="normal">MuCap</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8.23</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.83</mml:mn></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>
whereas <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>\bar{g}^{\chi\text{PT}}_p = 8.25 \pm 0.25</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo accent="true">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mtext mathvariant="normal">PT</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8.25</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.25</mml:mn></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>.</jats:p>