[論文レビュー] Beam-Spin Azimuthal Asymmetries in Pion Electroproduction at HERMES

HERMES Collaboration, E. Avetisyan|arXiv (Cornell University)|Aug 1, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、極化された電子/陽電子ビームと内部ガス標的に基づき、HERMESで半従来型パイオングルーピング電磁励起において、ビームスピンの方位角非対称性の初回測定が行われた。$π^{+}$ の非対称性は正であり（約2%）、$z$ とともに増加する傾向を示し、コリンズ関数および横運動量依存性分布関数を含む理論的モデルと整合的である。一方、$π^{-}$ および $π^{0}$ の非対称性は、誤差の範囲内でゼロと一致している。

ABSTRACT

We present the measurement of Single Beam-Spin Azimuthal Asymmetries in pion electroproduction off hydrogen in semi-inclusive deep inelastic scattering (SIDIS). The measurement was made using the HERMES spectrometer with an internal gas target and the polarized 27.6 GeV electron(positron) beam of HERA using the data taken during the years 1996-2000. The $\sinϕ$ modulation of the azimuthal asymmetry was measured for semi-inclusive $π^+,π^-$ and $π^0$. The dependence of the asymmetry on the Bjorken $x$, pion relative ($z$) and transverse ($P_T$) momentum is presented. Results are compared to theoretical model calculation.

研究の動機と目的

• HERAにおける半従来型パイオングルーピング電磁励起におけるビームスピンの方位角非対称性（$A_{LU}^{\sin\phi}$）を測定すること。
• 特にコリンズ関数を含む、横運動量依存性（TMD）部分子分布関数および分裂関数を調べること。
• 以前のCLAS測定を、より低い $x$ およびより高い $Q^2$ の運動量領域へと拡張すること。
• 半従来型パイオングルーピング標本への、特徴的なベクトルメソン崩壊の寄与と、非対称性測定への影響を評価すること。

提案手法

• 1996年から2000年までに、極化された27.6 GeVの電子/陽電子ビームと内部ガス標的を用いてHERMESスペクトロメーターを運用した。
• 反対のビームヘリシティ状態におけるイベント数の差を用いて $A_{LU}^{\sin\phi}$ を測定し、合計イベント数およびビーム極化度で正規化した。
• 運動量領域のカットを適用：$1 < Q^2 < 15$ GeV$^2$、$0.023 < x < 0.4$、$W^2 > 4$ GeV$^2$、$y < 0.85$、$0.5 < z < 0.8$（$x$ および $P_T$ 依存性の解析用）。
• 遷移放射線、Čerenkov/RICH、および電磁カロリメーターを用いて粒子同定を行い、$\pi^+$、$\pi^-$、$\pi^0$ を分離した。
• $\pi^0$ のバックグラウンド除去には、インヴァリアント質量再構成（$M_{\gamma\gamma}$）と組み合わせ的バックグラウンド推定を用いた。
• Pythiaモンテカルロシミュレーションと正倣性・運動量的制約を用いて、$\rho^0$、$\omega$、および電荷を帯びた $\rho$ の寄与に起因する系統的不確実性を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低 $x$ および高 $Q^2$ 条件下における、半従来型 $\pi^+$$ 電磁励起におけるビームスピンの方位角非対称性の大きさと $z$ 依存性は何か？
• RQ2 $\pi^{-}$ および $\pi^{0}$ の非対称性は $\pi^{+}$ と比べてどう異なり、誤差の範囲内でゼロと一致するか？
• RQ3 特徴的なベクトルメソン崩壊（例：$\rho^0 \to \pi^+\pi^-$）の寄与が、測定された非対称性にどの程度影響を及えるか？
• RQ4 特にコリンズ関数を含む理論的TMDモデルは、観測された $\pi^+$ 非対称性をどの程度よく再現できるか？

主な発見

• $\pi^+$ に対するビームスピンの方位角非対称性 $A_{LU}^{\sin\phi}$ は正であり、大きさは約2%で、$z$ が増加するにつれて明確な増加傾向を示している。
• $\pi^+$ 非対称性の $x$ および $P_T$ 依存性には、最低および最高のビンで低下傾向がわずかに観測されたが、統計的に有意ではない。
• $\pi^{-}$ および $\pi^{0}$ の非対称性は、統計的誤差の範囲内でゼロと一致しており、特に $z$ 依存性は観測されなかった。
• $\pi^+$ 非対称性は、$e(x)H_{1}^{\perp}(z)$ および $h_{1}^{\perp}(x)E(z)$ 項を含むクォーク-ダイクォークモデルの予測と定性的に整合している。
• $\pi^+$ および $\pi^-$ の測定非対称性は、運動量領域の違いを補正した後、JLabのCLASデータと一致している。
• 特徴的なベクトルメソン寄与はPythiaモンテカルロを用いて推定された。その結果、解釈上の不確実性は $x$ および $P_T$ 依存性のプロットに影付き帯として示されている。