[論文レビュー] Direct Measurement of the Gluon Polarisation in the Nucleon via Charmed Meson Production

COMPASS Collaboration, M. Alekseev|ArXiv.org|Feb 21, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、極化したミューオン-デュテロン衝突における開放charmメソン生成をタグすることで、深く非弾性散乱における光子-グルーオン融合を用いて、ヌクレオン内のグルーオンスピン極化の最初の直接測定を提示する。結果は、⟨x⟩ ≈ 0.11およびμ² ≈ 13 (GeV/c)²における⟨Δg/g⟩ₓ = −0.47 ± 0.44 (統計) ± 0.15 (系)であり、従来の方法よりもモデル依存性が低く、小さなグルーオン極化値と整合的である。

ABSTRACT

We present the first measurement of the gluon polarisation in the nucleon based on the photon-gluon fusion process tagged by charmed meson production and decay to charged K and pi. The data were collected in polarised muon scattering off a polarised deuteron target by the COMPASS collaboration at CERN during 2002-2004. The result of this LO analysis is _x = -0.47 +- 0.44 (stat) +- 0.15 (syst) at ~= 0.11 and a scale mu^2 ~ 13 (GeV/c)^2.

研究の動機と目的

• グルーオンスピンに敏感な過程を用いて、従来の間接的手法よりもモデル依存性を低減した、ヌクレオン内グルーオン極化の直接測定を目的とする。
• 極小のオーダーのQCDにおける光子-グルーオン融合を、極化した深く非弾性散乱における開放charmメソン生成の主要メカニズムとして利用する。
• 極化したミューオン-デュテロン散乱におけるcharmメソン生成率の非対称性から、グルーオン極化率⟨Δg/g⟩ₓを抽出する。
• 検出器効果、バックグラウンドモデル化、シミュレーションパラメータからの系統的不確実性を評価することで、測定の妥当性を検証する。
• 結果を以前の測定値およびグローバルQCD解析と比較し、ヌクレオンスピン構造の制約を評価する。

提案手法

• 分析は、2002–2004年にCERNのCOMPASS実験で得られたデータを用い、極化したミューオンが極化したデュテロン標的に散乱した結果である。
• charmクォーク生成は、D⁰およびD*メソンがチャージドKおよびπメソンに崩壊するのを観測し、運動量再構成を用いて信号事象を同定する。
• 標的極化に応じたcharmメソン生成率の非対称性を測定し、スピン依存性の微分断面積を抽出する。
• 開放charm生成の主要メカニズムとして光子-グルーオン融合を仮定し、非対称性は縦極化非対称度a_LLを介してグルーオン極化と直接関係づける。
• バックグラウンドモデル化、検出器応答、シミュレーションパラメータ（例：charmクォーク質量、PDF）および走査間でのデータ安定性を独立して評価し、系統的不確実性を評価する。
• 最終的な結果は、D⁰およびD*サンプルの重み付き平均として得られ、すべての系統的寄与は四乗和で結合され、チャンネル間で完全に相関していると仮定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 開放charm生成を用いた光子-グルーオン融合を通じて、ヌクレオン内グルーオン極化を直接測定するとどうなるか？
• RQ2 測定された⟨Δg/g⟩ₓは、高p_Tハドロンペアからの以前の結果や他の実験結果とどのように比較できるか？
• RQ3 結果は、検出器効果、バックグラウンド汚染、シミュレーションパラメータにどの程度敏感か？
• RQ4 実験の運動量領域において、光子-グルーオン融合が主要生成メカニズムであるという仮定は妥当か？
• RQ5 μ² ≈ 13 (GeV/c)²における結果は、低スケールでのグローバルQCDフィットとどのように比較できるか？

主な発見

• 開放charm生成を用いたヌクレオン内グルーオン極化の最初の直接測定により、⟨x⟩ ≈ 0.11およびμ² ≈ 13 (GeV/c)²における⟨Δg/g⟩ₓ = −0.47 ± 0.44 (統計) ± 0.15 (系)が得られた。
• D⁰およびD*サンプルは一貫性のある結果を示し、それぞれ0.53 ± 0.75 (統計)および−1.01 ± 0.55 (統計)であり、1.7標準偏差以内で一致している。
• 主な系統的不確実性は、バックグラウンドモデル化、信号純度の決定、およびクォーク質量や部分子分布関数（PDF）などのシミュレーションパラメータに起因する。
• グルーオン-グルーオン融合による分解型光子過程の寄与は、研究された運動量領域では無視できるほど小さいことが判明した。
• この測定結果は、SMCおよびHERMESの以前の結果とよく一致しており、⟨Δg/g⟩ₓが小さな値をとることを支持しており、低スケールでのグローバルQCD解析とも整合的である。
• 高p_Tハドロンペア生成に基づく従来の決定よりもモデル依存性が低く、グルーオン極化のより直接的なプローブを提供する。