[論文レビュー] Azimuthal asymmetries in SIDIS di-hadron muoproduction off longitudinally polarized protons at COMPASS

Stefan Sirtl|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、COMPASSで使用されたミューオンビームを用いて、長軸に偏光した陽子に対する二ハドロン半積乱深エネルギー不完全散乱（SIDIS）における方位角単一および二重スピン非対称性の包括的測定を初めて実施した。これは、横運動量に依存する（TMD）および共線的-twist-3メカニズムを調べるもので、有意な正の単一スピン非対称性 $A_{UL}^{\sin(\theta_{R})} = 0.0050 \pm 0.0010$（統計）$\pm 0.0007$（系誤差）を測定し、未知のスピン依存PDF $h_L(x)$ への新たなアクセスを提供するとともに、クォーク-グルーオン相関を制約した。

ABSTRACT

In this review a first comprehensive study of azimuthal asymmetries in semi-inclusive deep inelastic muoproduction of hadron pairs off longitudinally polarized protons at COMPASS is presented. The study is based on data taken in 2007 and 2011, obtained by impinging a high-energetic $μ^+$ beam of $160$ GeV/$\it{c}$, respectively $200$ GeV/$\it{c}$, momentum on a solid ammonia target. The discussion is focused on both leading and subleading longitudinal target-spin-dependent asymmetries arising in the di-hadron SIDIS cross section, addressing the role of spin-orbit couplings and quark-gluon correlations in the framework of collinear or transverse momentum dependent factorization.

研究の動機と目的

• 偏光陽子に対する二ハドロンSIDISにおける方位角スピン非対称性を測定し、スピン-軌道結合およびクォーク-グルーオン相関を調べること。
• 一次的非対称性を介して、横運動量に依存する（TMD）部分子分布関数（PDF）$g_{1L}$ および $h_{1L}$ をアクセスすること。
• サブリーディング-twist 共線的非対称性、特に $A_{UL}^{\sin(\phi_R)}$ および $A_{LL}^{\cos(\phi_R)}$ を調べ、未知のPDF $h_L$ および $e_L$ を制約すること。
• グローバルPDFおよび分岐関数（FF）解析のための高精度データを提供し、スピン依存分岐の理論的モデルを検証すること。

提案手法

• 2007年および2011年の二ハドロンSIDISデータを分析し、160および200 GeV/cのミューオンビームを固体アンモニア標的に、長軸に偏光した陽子に照射した。
• 二つの主要な方位角角度を定義した：$\phi_h$（ハドロン平面）および $\phi_R$（相対運動量平面）、両者ともハドロン運動量の横成分を用いて定義した。
• 運動学的カットを適用した：$Q^2 > 1$ GeV²、$0.1 < y < 0.9$、$W > 5$ GeV/c²、$0.0025 < x < 0.7$、$z_{1,2} > 0.1$、$x_{F,1,2} > 0.1$、$E_{\text{miss}} > 3$ GeV、および $R_T > 0.07$ を満たすことで、平面の定義を保証した。
• 非対称性を比 $A_{XY}^{m(\phi_h,\phi_R)} = F_{XY}^{m(\phi_h,\phi_R)} / (F_{UU,T} + \varepsilon F_{UU,L})$ を用いて抽出し、ビーム/標的の偏光および脱偏光補正を施した。
• 一次的非対称性の解釈にはTMD因子化アプローチを、サブリーディング-twist効果の解釈には共線的アプローチを用いた。
• エネルギー依存性が無視できるほど小さいため、異なるビームエネルギーからのデータセットを統合し、広い運動学的範囲にわたり高い統計的精度を確保した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 偏光陽子に対する二ハドロンSIDISにおける一次的非対称性の大きさと運動学的依存性は何か？
• RQ2 特に $A_{UL}^{\sin(\phi_R)}$ としてのサブリーディング-twist 共線的非対称性は、未知のPDF $h_L(x)$ をどの程度制約するか？
• RQ3 測定された非対称性は、クォーク-グルーオン相関に関するWandzura-Wilzcek関係を支持するか、あるいは反証するか？
• RQ4 観測された非対称性は、横運動量に依存するPDF $h_{1L}$ およびtwist-3分岐関数 $\tilde{D}^{\angle}$ に対して、新たな制約を提供できるか？
• RQ5 以前のCLAS測定と比較して、結果はどのように異なるか？また、グローバルPDF/FFフィットにどのような影響を及えるか？

主な発見

• 単一スピン非対称性 $A_{UL}^{\sin(\phi_R)}$ は $0.0050 \pm 0.0010$（統計）$\pm 0.0007$（系誤差）として測定され、以前にCLASが高$x$領域で観測した非ゼロ信号を確認した。
• 二重スピン非対称性 $A_{LL}^{\cos(\phi_R)}$ は $-0.0135 \pm 0.0064$（統計）$\pm 0.0046$（系誤差）であり、誤差範囲内でゼロと一致しており、クォーク-グルーオン相関が無視できる程度であるというWandzura-Wilzcek仮定を支持する。
• $x$、$z$、$M_{\text{inv}}$ のどの運動学的変数に対しても、非対称性に顕著な依存性は観測されず、測定範囲内で平坦な分布であることが示された。
• 本研究は、二ハドロンSIDISにおける $A_{UL}^{\sin(\phi_R)}$ の高精度測定を初めて実施し、これまで未知であったPDF $h_L(x)$ への直接的なアクセスを提供した。
• 全9つの一次的非対称性TMD非対称性および2つのサブリーディング-twist 共線的非対称性が高精度で測定され、スピン依存部分子ダイナミクスに対する新たな制約が得られた。
• このデータセットは、PDFおよびFFのグローバルフィットに適しており、スピン-軌道およびクォーク-グルーオン相関を含む理論的モデルの強力な妥当性を裏付けるものとなった。