[論文レビュー] A New Scaling for Single-Spin Asymmetry in Meson and Baryon Hadroproduction

V. Abramov|CERN Document Server (European Organization for Nuclear Research)|Oct 11, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、偏極陽子-陽子衝突による包含的メソンおよびバリオン生成における単一スピン非対称性（$A_N$）を記述するための新しいスケーリング変数 $x_A = E/E^{\text{BEAM}}$ を提案する。$A_N$ が $p_T$ と $x_A$ の関数の積に因数分解されることを示し、特に 40 GeV 以上および $p_T \geq 1$ GeV/c の高エネルギーデータにおいて、一貫性のある記述が可能となり、精度は 0.02–0.06 である。これにより、未調査の運動量領域における予測やモデル制約が可能となる。

ABSTRACT

Experimental data on analyzing power for inclusive meson and baryon production in hadron-proton(polarized) collisions have been analyzed. It is found that the existing data can be described by a simple function of collision energy, transverse momentum (Pt) and a new scaling variable Xa = E/Ebeam. At beam energies above 40 GeV and Pt above 1 GeV/c the analyzing power is described by a function of Xa and Pt only (AN = F(Pt)G(Xa)) for both polarized proton fragmentation and central regions of proton-hadron collision. Comparison of data from Fermilab and new IHEP data measured using 40 GeV/c polarized proton beam was most decisive for the revelation of the above regularities. This new scaling law allows one to predict the analyzing powers for kinematic regions, not yet explored in experiments and constrains models of strong interactions. The new scaling law allows one also to use some reactions as polarimeters for experiments with a polarized beam.

研究の動機と目的

• 異なるビームエネルギーと横運動量の範囲で、包含的メソンおよびバリオン生成における単一スピン非対称性（$A_N$）を統一的に記述できる普遍的なスケーリング変数を同定すること。
• $A_N$ が $p_T$ と新しいスケーリング変数の関数に分離可能かどうかを検証し、従来の $x_F$ や $x_T$ スケーリングに比べて、特に高 $p_T$ および高エネルギー領域で改善されることを確認すること。
• 特に $\pi^+$ 生成に対して、高エネルギーのフェルミラブおよび新しい IHEP 40 GeV/c 偏極ビームデータを用いて、新しいスケーリングの妥当性を検証すること。
• 未調査の運動量領域における $A_N$ の予測を可能とし、今後の実験における特定の反応を偏極計としての有用性を評価すること。

提案手法

• 検出されたハドロンのエネルギー $E$ と実験フレームにおけるビームエネルギー $E^{\text{BEAM}}$ を用いて、新しいスケーリング変数 $x_A = E/E^{\text{BEAM}}$ を定義する。
• 高エネルギー・高 $p_T$ データに対して、$p_T$ と $x_A$ の依存性を分離する因数分解形 $A_N = F(p_T) \cdot G(x_A)$ を提案する。
• フェルミラブおよび IHEP の実験データ（200 GeV/c および 40 GeV/c の $p^\uparrow p$ 衝突を含む）を用いて、スケーリングの妥当性を検証し、$F(p_T)$ および $G(x_A)$ のパラメータをフィットする。
• 偏極標的に基づく実験においても、$x_A$ のローレンツ不変な表現を適用し、異なる参照系での一貫性を確保する。
• 式 (8) に含まれる非漸近的エネルギー依存補正項を用いて、エネルギー依存性の補正をモデル化し、$E^{\text{BEAM}} \geq 70$ GeV では無視できるほど小さくなることを示す。
• 表 1–8 のフィットパラメータを用いて、測定されていない反応および運動量領域（$\pi^0$、$\eta$、$K^+$、$\Lambda$ 生成を含む）における $A_N$ を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 包含的ハドロプロダクションにおいて、$A_N$ の異なるビームエネルギーと $p_T$ 値の範囲を統一的に記述できる単一のスケーリング変数 $x_A = E/E^{\text{BEAM}}$ が存在するか？
• RQ2 高 $p_T$ および高エネルギー領域において、従来の $x_F$ や $x_T$ スケーリングに比べ、因数分解形 $A_N = F(p_T) \cdot G(x_A)$ がより良いフィットを達成するか？
• RQ3 高 $p_T$（例：$p_T \geq 2$ GeV/c）における $A_N$ の振る舞いは何か？ 一部のQCDモデルが予測するように減少するか？
• RQ4 新しいスケーリングは、まだ測定されていない反応（例：$\pi^0$ や $\eta$ 生成）の $A_N$ を予測可能か？ また、$A_N$ がゼロを通過する点はどこか？
• RQ5 バリオン（例：$p$, $\Lambda$）および重いメソン（例：$K^+$）に対し、$x_A$ スケーリングはどの程度有効か？ また、質量効果は非対称性にどのように影響するか？

主な発見

• $x_A$ スケーリングは、$E^{\text{BEAM}} \geq 40$ GeV および $p_T \geq 1$ GeV/c の条件下で、$\pi^+$、$\pi^0$、$K^+$、$\eta$、$\Lambda$ 生成における $A_N$ を 0.02–0.06 の精度で正確に記述する。
• $x_A$ スケーリングは $\pi^+$ 生成に対して最も強固であり、広範な $p_T$、$x_A$、$\sqrt{s}$ 範囲にわたる 6 組の独立した測定結果によって裏付けられている。
• $\pi^{-}$ および陽子生成では、顕著な非漸近的エネルギー依存寄与が観測され、これはグルーオンまたは初期状態陽子の寄与による可能性が高い。
• $K^+$ 生成における $A_N$ 非対称性は $\pi^+$ よりも小さいが、これは奇妙クォークの質量が大きいことによる、電磁的磁気モーメントの減少（$\mu \propto 1/m_q$）が関係している可能性がある。
• $A_N$ の $x_A$ 依存性は、トーマス進化および色磁気力に起因するモデルと整合する特徴的なゼロ交差点 $x_0$ を示している。
• モデルは、$\pi^{-}p^\uparrow$ 衝突における $\pi^0$ および $\eta$ 生成の $A_N$ に振動的挙動を予測しており、非自明なスピン力学を示唆している。