[論文レビュー] Antiproton--Proton Scattering Experiments with Polarization

Vincenzo Barone, Tariel Sakhelashvili+177 more|arXiv (Cornell University)|May 17, 2005

Atomic and Molecular Physics参考文献 5被引用数 61

ひとこと要約

PAX実験は、FAIRにおける15 GeV/cの偏極した反陽子と最大3.5 GeV/cの偏極した陽子を用いた、非対称な二重偏極反陽子-陽子衝突装置の構想を提示する。この構成により、Drell-Yan電子対生成を介した横スピン分布の高精度な測定が可能となり、陽子内のスピン依存性パートオン分布への独自のアクセスが可能となる。

ABSTRACT

High Energy Physics Esperiment (hep-ex/0505054).
 The document describes the physics case of the PAX experiment using polarized antiprotons, which has recently been proposed for the new Facility for Antiprotons and Ions Research (FAIR) at GSI--Darmstadt. Polarized antiprotons provide access to a wealth of single-- and double--spin observables, thereby opening a new window to physics uniquely accessible at the HESR. The polarized antiprotons would be most efficiently produced by spin--filtering in a dedicated Antiproton Polarizer Ring (APR) using an internal polarized hydrogen gas target. In the proposed collider scenario of the PAX experiment, polarized protons stored in a COSY--like Cooler Storage Ring (CSR) up to momenta of 3.5 GeV/c are bombarded head--on with 15 GeV/c polarized antiprotons stored in the HESR. This asymmetric double--polarized antiproton--proton collider is ideally suited to map, e.g., the transversity distribution in the proton. The proposed detector consists of a large--angle apparatus optimized for the detection of Drell--Yan electron pairs

研究の動機と目的

• 二重偏極反陽子-陽子衝突を用いて、陽子内のパートオンの横スピン分布を測定すること。
• FAIRのHESRにおける特異な運動学的条件を活用し、他の場所では得られないスピン観測量にアクセスすること。
• アンチ陽子偏極リング（APR）におけるスピンフィルタリングを用いた、偏極反陽子を生成する新規手法の開発。
• 偏極衝突からのDrell-Yan電子対を効率的に検出することを最適化した大角度検出器の設計。
• 高エネルギー施設における偏極反陽子を用いた、スピン物理学の新たな実験的フロンティアを確立すること。

提案手法

• 偏極した水素ガス標的に内蔵された専用のアンチ陽子偏極リング（APR）を用いたスピンフィルタリングにより、偏極反陽子を生成する。
• 偏極陽子は、COSYに類似たクーラー保存リング（CSR）に15 GeV/cまで保存される。
• HESRは15 GeV/cの偏極反陽子を保存し、陽子ビームと正面衝突を可能にする。
• 非対称な衝突装置により、単一および二重スピン観測量の高精度な測定が可能となる。
• クォーク-反クォーク消失によるDrell-Yan電子対を効率的に検出できるように、大角度検出器が設計されている。
• 新規FAIR施設が提供する高全有効断面積と偏極制御能力を活用し、横スピン分布へのアクセスが実現される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二重偏極反陽子-陽子衝突を用いて、陽子内のパートオンの横スピン分布をどのように測定できるか？
• RQ2 高全有効断面積かつ偏極した衝突環境下で、Drell-Yan電子対を検出するための実現可能性と感度はどの程度か？
• RQ3 APRにおけるスピンフィルタリングは、HESRでの高精度物理学に十分な偏極度と強度の反陽子を生成できるか？
• RQ4 この非対称な二重偏極衝突装置では、どのような独自のスピン観測量にアクセスできるか？
• RQ5 HESRとCSRの運動学的構成は、既存施設と比較してどのように横スピンへのアクセスを向上させるか？

主な発見

• PAX実験は、二重偏極Drell-Yan過程を介して、陽子内の横スピン分布へのアクセスを可能にする。
• APRにおけるスピンフィルタリングの利用は、高強度の偏極反陽子を生成する実現可能な手法を提供する。
• 15 GeV/cの反陽子と3.5 GeV/cの陽子を用いた非対称衝突装置は、スピン観測量への最適な運動学的到達範囲を提供する。
• 大角度検出器の設計は、偏極衝突からのDrell-Yan電子対の検出効率を最大化するように最適化されている。
• 提案された装置は、HESRにおけるスピン依存性パートオン分布を測定するための、独自かつ補完的なアプローチを提供する。
• この実験は、偏極反陽子を用いた陽子のスピン構造に関する新たな視点を開く。