[論文レビュー] AnDY : Overview and Plans Feasibility Test of Large Rapidity Drell-Yan Production at RHIC

C. Perkins|arXiv (Cornell University)|Sep 3, 2011

Superconducting Materials and Applications参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、RHICの第3の相互作用点（IP2）を用いて、大迅速度Drell-Yan生成の実現可能性を検証し、Drell-Yan過程とSIDIS過程におけるSivers関数の符号変化をテストするための横方向単一スピン非対称性$A_N$を測定することを目的としている。実験は、STARおよびPHENIXに最小限の影響を及ぼしながら、Run 11で7.5億件を超えるジャケットトリガーイベントを正常に収集し、将来の高精度測定に向けた検出器性能とバックグラウンド抑制の妥当性を検証した。

ABSTRACT

Measuring the single transverse spin asymmetry $A_N$ for large $x_F$ Drell-Yan production provides the most robust test of our current theoretical understanding of transverse proton spin structure. This includes a measurement of the predicted sign change of the Sivers function in comparison to that found in SIDIS data. The first year of a feasibility test has been completed to define the requirements for measuring large $x_F$ Drell-Yan production at RHIC. The impact of colliding beams at a third IR at RHIC was found to be negligible and a rich jet-triggered data sample was acquired by AnDY in RHIC Run 11. Plans for subsequent runs are currently underway.

研究の動機と目的

• TMD因子化の鍵となる理論的予測である、Drell-YanとSIDIS過程におけるSivers関数の符号変化をテストするため。
• RHICの第3の相互作用領域を用いて、大$x_F$ Drell-Yan生成における$A_N$測定の実験的実現可能性を確立するため。
• 信号の識別にカルシウム測定のみで十分か、それともバックグラウンド抑制のためのトラッキングが必要かを特定するため。
• ジャケットトリガーイベントの実データおよびハドロン的バックグラウンド測定を用いて、モンテカルロシミュレーションをベンチマークするため。
• 2015年までに実現可能性テストを完了することで、DOEのミッションHP13を支援し、STARおよびPHENIXの将来的なアップグレードを可能にするため。

提案手法

• STARおよびPHENIXへの干渉を回避するため、RHICに第3の相互作用点（IP2）を活用した。
• ハドロン・カルシウム（HCal）、電磁気カルシウム（ECal）、ビーム・ビーム・カウンター（BBC）、ゼロ・ディグリー・カルシウム（ZDC）を含むカスタム検出器セットを導入した。
• 9.4 MHzのビーム交差レートで、最小バイアス、ジャケット、$\pi^0$、LEDをトリガーできる、近似的にゼロのデッドタイムを持つ完全なトリガー/DAQシステムを採用した。
• 光子に類似したクラスタからの再構成$\pi^0$のインvariant質量ピークを用いてHCalエネルギースケールを補正し、約5%の精度を達成した。
• 大$x_F$ Drell-Yanイベントの検出器性能および信号効率を検証するために、PYTHIA + GEANTシミュレーションを用いた。
• 今後のアップグレードでは、Run 12およびRun 13でスプリットダイポール磁石およびファイバートラッカーを設置し、$A_N$測定感度を向上させる予定である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RHICにおいて、カルシウム測定のみで大$x_F$ Drell-Yanイベントをバックグラウンドから効果的に分離できるか？
• RQ2 大迅速度におけるDrell-Yanの$A_N$測定に十分な統計的精度を達成するためには、必要な光度および検出器構成は何か？
• RQ3 磁気スペクトロメータによるトラッキングを組み込むことで、$A_N$測定の信号対バックグラウンド比は著しく向上するか？
• RQ4 第3の相互作用点でのビーム衝突が、STARおよびPHENIXの光度に与える影響は無視できるか？
• RQ5 本実現可能性実験のデータを用いて、Drell-YanとSIDIS過程におけるSivers関数の符号変化を頑健にテストできるか？

主な発見

• RHIC Run 11で7.5億件を超えるジャケットトリガーイベントが収集され、バックグラウンドおよび信号の研究に適した豊富なデータサンプルが得られた。
• 光子に類似したクラスタからの再構成$\pi^0$インvariant質量ピークを用いて、HCalエネルギースケールが約5%の精度で補正された。
• IP2での衝突がSTARおよびPHENIXの光度に与える影響は無視できるものであり、1週間あたり約10 pb⁻¹の統合光度が達成可能であることが判明した。
• シミュレーションおよび実データから、提案された検出器構成を用いて大$x_F$ Drell-Yan検出に妥当な効率が達成可能であることが示された。
• 実現可能性テストは、カルシウム測定のみでDrell-Yanにおける$A_N$測定が実現可能であることを成功裏に示した。今後の段階では、トラッキングを導入することで感度を向上させる計画である。
• 2015年までにDOEミッションHP13を支援するよう進捗を示しており、ECalおよび磁石システムのアップグレードを用いて、Run 12およびRun 13で約100 pb⁻¹のデータサンプルを収集する計画である。