Decay of Doubly Strange Hypernuclei

Abstract

Double § hypernuclei are bound systems of several nucleons and two § hyperons. These systems are unstable with respect to the weak interaction and chiefly decay through two-body processes that conserve neither parity, isospin or strangeness. Among such processes we can find those mediated by the §N ! NN, §§ ! §n and §§ ! ßN reactions but also, thanks to the baryon channel mixing (§N ° ßN, §§ ° •N,§§ ° ßß) made possible by the strong interaction, the weak ßN ! NN, •N ! §n, •N ! ßN, ßß ! §n and ßß ! ßN channels. This work completes the study of the decay of double-§ hypernuclei by taking into account the microscopic effects of the strong interaction on two baryon states in strangeness sectors -2, -1 and 0, pertaining to the possible baryon-baryon states appearing in the initial and final states, as previously stated. The initial strangeness °2 wave function is obtained from the solution of a G-matrix equation with the input of realistic strong baryon-baryon potentials, while the final hyperon-nucleon wave functions are derived analogously from a microscopic T-matrix calculation. Consequently the opening of the channel induced by the •N pair (with a lower energy threshold than that corresponding to the ßß pair) had to be considered. In order to evaluate these new decay channels the potential that governs the •N interaction with a strangeness variation |¢S|= 1 had to be derived for its incorporation in the study of the decay of 6He. This potential is based on the meson exchange model and includes fundamental states of the pseudoscalar and vector octets.

v

The inclusion of •° p and •0 n states required the derivation of new coupling constants using chiral Lagrangians and SU(3) flavour symmetry (extended to SU(6) spin-flavour symmetry for vector mesons), as well as the construction of new operational structures to account for the different isospin transition channels. The new §§ ! YN decay rate studied in this work, with YN = §n, ß0 n and ß° p, represents 3-4% of the total one-baryon induced non-mesonic decay and is remarkably affected by strong interaction effects. In particular, the relative importance of the partial decay rates, encoded in the ratio °§n/(°ß0 n + °ß° p), gets inverted when the mixing to •N states is incorporated in the initial correlated §§ wave function. This sensitivity can be used experimentally to learn about the strong interaction in the strangeness °2 sector.

Els hipernuclis doble-§ són estats lligats de nucleons i dos hiperons  quests estats són inestables en front de la interacció feble, i es desintegren majoritàriament a través de processos a dos cossos que no conserven paritat, isospín ni estranyesa. Entre aquests processos tenim els que venen donats per les reaccions NNN, n i N, però també, i gràcies a la interacció forta que permet la barreja de canals bariònics (NN, N, ), pels canals febles NNN, Nn, NN, n i N.

En aquesta tesi s’ha completat l’estudi d’aquests hipernuclis, tenint en compte els efectes microscòpics de la interacció forta per als estats de dos barions en el sector d’estranyesa -2, -1 i 0, corresponents als possibles sistemes barió-barió que apareixen als estats inicial i final esmentats al paràgraf anterior. Per al cas de les partícules lligades en un nucli s’ha resolt una equació de matriu-G mentre que per als sistemes finals s’ha resolt una matriu-T, ambdos casos sota la consideració de potencials barió-barió moderns i realistes, i que ens proporcionen la funció d’ona acoblada per al sistemes inicial  i final respectivament. S’ha hagut de considerar doncs l’obertura del canal induït per la parella N, amb un llindar energètic més baix que el corresponent a la parella . Per tal de considerar els nous canals que apareixen en tenir en compte aquesta parella s’ha hagut de derivar el potencial feble a dos cossos que regeix la interacció ΞN amb canvi d’estranyesa |N amb canvi d’estranyesa |S|=1, per tal d’incorporar-lo en el càlcul de la desintegració del 6He. La inclusió de les transicions febles corresponents als estats intermedis ΞN amb canvi d’estranyesa |0 n i ΞN amb canvi d’estranyesa |- p necessita del càlcul de noves constants d'acoblament, les quals s’han derivat utilitzant Lagrangians quirals i simetria de sabor SU(3) (estesa a simetria de sabor-espín S(6) per als mesons vector), així com la construcció d’estructures operacionals que donin compte de les noves transicions que apareixen a l’espai d’espín isotòpic.

La nova taxa de desintegració corresponent a YN representa el 3-4% del decaïment no-mesònic induit per un sol barió i es veu afectada considerablement per la interacció forta. En particular la importància relativa dels rates parcials es veu invertida quan s’incorpora l’acoblament a estats N en la funció d’ona correlacionada inicial. Aquesta sensibilitat pot ser usada per a estudiar la interacció forta en el sector d’estranyesa -2.