[論文レビュー] Determination of Delta G/G from Open Charm events at COMPASS

S. Koblitz|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、COMPASSにおける深く非弾性散乱のオープン charm 事象を用いて、最初の直接的測定としてグルーオンスピン分率 ΔG/G を行った。D⁰およびD⁎メソンをその崩壊モードを介して再構築し、厳密な粒子同定および運動学的カットを適用することで、D⁎タグ付きチャンネルで信号対背景比が1:1に達し、13 GeV²のハードスケールにおいて、⟨ΔG/G⟩ = −0.57 ± 0.41（統計）± 0.17（系arness）という予備的な結果を得た。

ABSTRACT

One of the main goals of the COMPASS experiment at CERN is the determination of the gluon polarisation in the nucleon, Delta G/G. It is determined from spin asymmetries in the scattering of 160 GeV/c polarised muons on a polarised LiD target. The gluon polarisation is accessed by the selection of photon-gluon fusion (PGF) events. A very clean selection of PGF events can be obtained with charmed mesons in the final state. Their detection is based on the reconstruction of D* and D0 mesons in the COMPASS spectrometer. The analysis method for the first measurement of Delta G/G from the open charm channel is described and the result from COMPASS for the 2002-2004 data taking period is presented.

研究の動機と目的

• オープン charm 最終状態を用いた直接的かつモデルに依存しない方法により、ヌクレオン内でのグルーオンスピン分率 ΔG/G を決定すること。
• D⁰およびD⁎メソンの運動学的および質量的差異を活用することで、光子-グルーオン融合（PGF）事象選択におけるバックグラウンド汚染を低減すること。
• モンテカルロシミュレーションへの依存を最小限に抑えるために、再構築された観測量を関数とする分析力 aLL のニューラルネットワークパラメータライゼーションを用いること。
• 対称性および偏光反転を用いてビームフラックスおよび検出器受容率効果をキャンセルする二重比分析技術を用いて、ΔG/G の高精度測定を達成すること。

提案手法

• COMPASSスペクトロメータで再構築されたトラックを用いて、Kπ崩壊モードによるD⁰メソンの再構築を行い、RICH検出器による粒子同定を適用してパイオントルプロトンの誤同定を抑制する。
• D⁰メソンが運ぶエネルギー分率（z > 0.25）およびD⁰の飛行方向とK⁰の運動量との間の角度（|cosθK⋆| < 0.5）に対して運動学的カットを適用し、コンビナトリアルバックグラウンドを抑制する。
• D⁎ → D⁰π崩壊を用いて、質量差の厳密なカット（3.1 MeV < M(Kππ) − M(Kπ) − M(π) < 9.1 MeV）によりD⁰事象をタグ付けし、バックグラウンドを顕著に低減する。
• Leading-order QCDで生成された事象を用いてニューラルネットワークをトレーニングし、再構築された観測量の関数として分析力 aLL をパラメータライズし、真の aLL 値と82%の相関を達成した。
• 反対極化の標的に対するカウント率の二重比分析を実施し、対称性および偏光反転によりビームフラックスおよび受容率効果をキャンセルし、ΔG/G を抽出する。
• 事象の重み付けを適用し、別々のチャンネルおよびデータ取得期間からの結果の重み付き平均を計算することで、統計的有意性を向上させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 深く非弾性散乱におけるオープン charm 事象は、ΔG/G 測定のためのクリアでバックグラウンド抑制された光子-グルーオン融合（PGF）プロセスのサンプルを提供できるか？
• RQ2 D⁰のみの再構築と比較して、D⁎メソンタグ付きにより、オープン charm 事象選択における信号対背景比はどの程度向上するか？
• RQ3 PGF過程の全イベントレベルの知識が得られない状況で、測定された運動学的変数から分析力 aLL をどの程度正確に再構築できるか？
• RQ4 バックグラウンド非対称性、フィット関数の選択、偏光測定などの系統的不確実性が、最終的な ΔG/G 決定に及ぼす影響は何か？
• RQ5 測定された ΔG/G 値は、既存のグローバルフィットおよびHERMESおよびSMCによる以前の測定とどのように一致するか？

主な発見

• 質量差カットと緩められた運動学的カットを適用することで、D⁎タグ付きチャンネルで信号対背景比が1:1に達した。
• 2002–2004年のデータからの予備的な ⟨ΔG/G⟩ 結果は、13 GeV²のハードスケールで −0.57 ± 0.41（統計）± 0.17（系統的）であった。
• 測定サンプルにおけるグルーオンの運動量分率 xg の平均は 0.15、標準偏差は 0.08 であった。
• 系統的不確実性の主な寄与は、誤った非対称性（0.10）、フィット関数の選択（0.09）、バックグラウンド非対称性（0.07）であったが、実際の値は統計的精度によって制限されていた。
• 結果は、ΔG/G が小さく、もしくは負であることを支持しており、測定スケールにおける低グルーオン偏極を示唆するパラメータライゼーションを好む。
• 2006年のデータ解析は進行中であり、統計的精度の向上および不確実性のさらなる低減が期待される。