Protonium formation in (anti-p)-H collisions

Abstract

In this work, the Classical-Trajectory Monte-Carlo (CTMC) method was used to determine ionization and capture cross sections for collisions between antiproton (anti-p) and atomic hydrogen H. Some of the results are presented to indicate the p and anti-p pair distribution over the captured quantum number n. For ionization, it was found that the results near the peak at the collision energy of 0.65 au. are substantially higher than data previously obtained by CTMC simulations. The anti-p capture cross section rises steeply below the collisional ionization threshold. It was found that the low energy capture cross section curve can be represented accurately by the Langevin formulas. A numerical fit to the data gave a value of a parameter in Langevin formula, which is substantially less than the static polarizability of the hydrogen atom. In comparison with the data of Cohen, the present results predict capture cross sections to be slightly larger, though the overall trend is very similar. In order to reduce the statistical error to values smaller than the size of the data points plotted, typically 5,000 - 50,000 trajectories were used to construct each point. In addition, cross sections for p and anti-p pair formation in different shells were obtained. These distributions indicated the tendency towards high n, a result consistent with classical capture from large impact parameters. Comparison with results obtained by Cohen for the average value of n when capture occurs shows good agreement.

この研究では古典的軌跡モンテカルロ・シミュレーション(CTMC)法によって、反陽子と水素原子の衝突に関するイオン化断面積と捕獲断面積を決定した。捕獲量子数nに対するプロトニウムの分布に関する結果のいくつかを示す。反陽子と水素原子との衝突に対する断面積から、衝突エネルギーが0.65原子単位近傍のイオン化断面積のピーク値はCTMCシミュレーションによって以前に求められた値よりかなり大きいことが分かった。反陽子の捕獲断面積は衝突イオン化しきい値以下で急激に増加した。低エネルギー域の捕獲断面積曲線はランジュバン公式によって正確に記述できた。実験値に対する数値解析からランジュバン公式に含まれるパラメータの値が求まり、その値は水素原子の静的分極率よりもかなり小さかった。Cohenのデータと比較すると、今回求めた捕獲断面積は幾分大きいが、全体としての傾向は類似している。統計誤差の大きさを、グラフに示したデータ点の大きさより小さくするために、各データ点を求めるのに5,000?50,000個の軌跡を用いた。異なる殻におけるプロトニウム形成に対する断面積も計算した。これらの分布はnが大きくなると大きな衝突パラメータに対して得られる古典的な捕獲と一致する傾向を示している。捕獲が起こるnの平均値に対するCohenの結果とよく一致することが分かった。