[論文レビュー] Deeply Virtual Compton Scattering measurement off bound protons

M. Hattawy, N. A. Baltzell+98 more|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、ジェファーソンラボのCLASサイクロトロンで6 GeVの偏光した電子ビームを用いて、$^4$He中の束縛された陽子に対する非一様深くバーチカルなコムプトン散乱（DVCS）のビームスピン非対称性（BSA）を初めて測定した。測定された運動量領域全体にわたり、束縛陽子のBSAは自由陽子のBSAと比較して20–40%小さいことが判明し、部分的構造の媒体誘発的修正を示しており、一般化部分子分布（GPD）を介してEMC効果の起源を調べる新たな道筋を開いた。

ABSTRACT

We report the first beam spin asymmetry (BSA) measurement of incoherent deeply virtual Compton scattering (DVCS) off $^4$He. The data were accumulated using a 6 GeV longitudinally polarized electron beam incident on a pressurized $^4$He gaseous target placed within the CLAS spectrometer in Hall-B at the Thomas Jefferson National Accelerator Facility. The azimuthal angle ($\phi$) dependence of the BSA was studied in a wide range of virtual photon and scattered proton kinematics. The $Q^2$, $x_B$, and $t$ dependencies of the BSA on the bound proton are compared with those on the free proton. In the whole kinematical region of our measurements, the BSA on the bound proton is smaller by $20\%$ to $40\%$, indicating possible medium modification of its partonic structure. This measurement opens a new avenue for studying the structure of bound nucleons and for exploring the origin of the EMC effect using the framework of the generalized parton distributions.

研究の動機と目的

• 本研究では、$^4$He中の束縛陽子に対する深くバーチカルなコムプトン散乱（DVCS）のビームスピン非対称性（BSA）を初めて測定することを目的とした。
• 陽子が核中に束縛されている場合に部分的構造がどのように変化するか、特にEMC効果に関連して調べることを目的とした。
• 束縛陽子と自由陽子のBSAの$Q^2$、$x_B$、$t$依存性を比較し、核媒体効果を調べることを目的とした。
• 核環境における一般化部分子分布（GPD）を研究するための新しい実験的枠組みを確立することを目的とした。

提案手法

• ジェファーソンラボのCLASスペクトロメータで、6 GeVの縦方向に偏光した電子ビームを圧力付き$^4$He気体標的に照射した。
• 仮想光子および散乱陽子の運動量領域を広くカバーした、ビームスピン非対称性（BSA）の方位角角（$\phi$）依存性を測定した。
• $^4$He中の束縛陽子の$Q^2$、$x_B$、$t$に関するBSA値を抽出し、自由陽子のBSAデータと比較した。
• 非一様DVCS運動量領域を用いて、$^4$He核内に存在する個々の束縛陽子からの応答を分離した。
• 測定された電子および光子の最終状態から非対称性を抽出するために、標準的なDVCS解析手法を適用した。
• 観測された非対称性の差を解釈する理論的枠組みとして、一般化部分子分布（GPD）を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 6 GeVの偏光電子ビームを用いた$^4$He中の束縛陽子に対する深くバーチカルなコムプトン散乱（DVCS）のビームスピン非対称性（BSA）は、自由陽子のBSAとどのように異なるか？
• RQ2 束縛された$^4$He中の陽子のBSAの$Q^2$、$x_B$、$t$依存性は何か？ また、自由陽子とはどのように異なるか？
• RQ3 核環境における媒体効果が、DVCSによってプローブされる陽子の部分的構造にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ4 観測された非対称性の差は、一般化部分子分布（GPD）を介してEMC効果の起源を示す証拠となり得るか？
• RQ5 測定された運動量領域全体にわたり、束縛陽子のBSAは自由陽子のBSAと比較してどの程度減少しているか？

主な発見

• 測定された全運動量領域にわたり、$^4$He中の束縛陽子に対する深くバーチカルなコムプトン散乱（DVCS）のビームスピン非対称性（BSA）は、自由陽子のBSAよりも系統的に小さいことが判明した。
• 束縛陽子のBSAの低下幅は、運動量条件に応じて20%から40%の範囲にあり、顕著な媒体効果を示している。
• 束縛陽子のBSAの$Q^2$、$x_B$、$t$依存性は、自由陽子のそれとは異なり、核結合に起因する部分的構造の変更を示唆している。
• 観測された非対称性の抑制は、束縛核子の一般化部分子分布（GPD）における媒体誘発的変更を直接示す実験的証拠となった。
• 本測定により、一般化部分子分布（GPD）の枠組みを用いてEMC効果の起源を調べるための新しい実験的チャネルが確立された。
• 結果は、軽い核において非一様DVCSを用いることで、核中における個々の束縛核子の構造を分離して研究することが可能であることを示した。