[論文レビュー] Exclusive rho^0 muoproduction on transversely polarised protons and deuterons

C. Adolph, A. Mangoni+219 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Jul 18, 2012

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 36被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、160 GeV/$c$ のミュオンビームを用いてCOMPASSで、横方向にスピン極化された陽子および重水素核に対して、排他的な $\rho^0$ ミュオン生成における横方向ターゲットスピンのあいだの非対称性 $A_{UT}^{\rm{sin}(\theta-\theta_S)}$ の初めての測定を報告している。広い運動量領域にわたり、ゼロに近い値を示すわずかな非対称性は、ヒッグス・フラップ一般化パートン分布（GPD）$E^u$ と $E^d$ のほぼ完全なキャンセルを示す証拠と解釈され、ヌクレオン内におけるクォークの軌道的角運動量に関する理論的モデルを支持する。

ABSTRACT

The transverse target spin azimuthal asymmetry A_UT in hard exclusive production of rho^0 mesons was measured at COMPASS by scattering 160 GeV/c muons off transversely polarised protons and deuterons. The measured asymmetry is sensitive to the nucleon helicity-flip generalised parton distributions E^q, which are related to the orbital angular momentum of quarks in the nucleon. The Q^2, x_B and p_t^2 dependence of A_UT is presented in a wide kinematic range. Results for deuterons are obtained for the first time. The measured asymmetry is small in the whole kinematic range for both protons and deuterons, which is consistent with the theoretical interpretation that contributions from GPDs E^u and E^d approximately cancel.

研究の動機と目的

• 横方向にスピン極化された陽子および重水素核に対する排他的 $\rho^0$ 生成における横方向ターゲットスピンの方位的非対称性 $A_{UT}^{\rm{sin}(\theta-\theta_S)}$ を測定すること。
• クォークの軌道的角運動量に関連する、ヌクレオンのヒッグス・フラップ一般化パートン分布（GPD）$E^q$ を探査すること。
• 以前の測定を拡張し、初のデュテロンを含めることで、GPDにおけるアイソスピン構造のテストを可能にすること。
• バルククォークおよび海／グルーオンGPDの役割に関して、ゴロスココフとクリョールのGPDモデルからの理論的予測と比較すること。
• 特に $x_{Bj}$、$Q^2$、$p_T^2$ において、以前のHERMES測定と比較して精度と運動量領域を向上させること。

提案手法

• 排他的な $\rho^0$ 生成は、COMPASS実験で160 GeV/$c$ のミュオンビームを横方向にスピン極化された陽子および重水素核ターゲットに散乱させることで研究された。
• 非対称性 $A_{UT}^{\rm{sin}(\theta-\theta_S)}$ は、ターゲットスピンの定量化軸に対して相対的な $\rho^0$ 衰え生成物の方位依存性から抽出された。
• 運動量領域は、陽子に対して $1 < Q^2 < 10$ (GeV/$c$)$^2$、$0.003 < x_{Bj} < 0.3$、$0.05 < p_T^2 < 0.5$ (GeV/$c$)$^2$ と定義され、重水素核に対しては $0.10 < p_T^2 < 0.5$ (GeV/$c$)$^2$ であった。
• 理論的予測は、GPD $E^u$ と $E^d$ を用いたハンドバッグアプローチに基づき、ゴロスココフとクリョールのモデルを採用し、スダコフ抑制およびメソン分布振幅を含めた。
• グルーオンおよび海クォークGPD $E^g$ と $E^{\rm{sea}}$ の感度は、極限的な正値制限の下で検証された。
• 系統的不確かさは、$E^g$ および $E^{\rm{sea}}$ を含む・含まないで結果を比較することで評価され、非対称性にほとんど影響がないことが示された。

Figure 1: Kinematics of exclusive meson production in the target rest frame. Here $\boldsymbol{k}$ , $\boldsymbol{k^{\prime}}$ , $\boldsymbol{q}$ and $\boldsymbol{v}$ represent three-momentum vectors of the incident and the scattered muons, the virtual photon and the meson. $S_{T}$ is the component

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 排他的な $\rho^0$ ミュオン生成における、横方向にスピン極化された陽子および重水素核に対する横方向ターゲットスピン非対称性 $A_{UT}^{\rm{sin}(\theta-\theta_S)}$ の大きさと運動量依存性は何か？
• RQ2 測定された非対称性は、ヌクレオン内におけるヒッグス・フラップGPD $E^u$ と $E^d$ をどの程度制限するか？
• RQ3 $E^u$ と $E^d$ の寄与は非対称性においてどの程度キャンセルされるか、そしてこれはクォークの軌道的角運動量にどのような意味を持つのか？
• RQ4 ゴロスココフとクリョールのGPDモデルからの理論的予測と比較して、グルーオンおよび海クォークの役割は何か？
• RQ5 非対称性は $E^g$ および $E^{\rm{sea}}$ に対してどの程度感度を示し、それらは予測された非対称性の値を顕著に変えるか？

主な発見

• 測定された横方向ターゲットスピン非対称性 $A_{UT}^{\rm{sin}(\theta-\theta_S)}$ は、陽子および重水素核の両方において、全運動量領域でゼロに近い値であり、有意な信号は認められなかった。
• 陽子に対しては、非対称性の値は $-0.03 \to +0.04$ の範囲にあり、統計的および系統的不確かさは $\rm{~}$ 0.05～0.09 であった。
• 重水素核に対しても、非対称性は同様に小さく、$-0.03$ から $+0.04$ の範囲にあり、不確かさは $\rm{~}$ 0.05～0.08 であり、このターゲットに対する最初の測定が確認された。
• COMPASSの結果は、非対称性がゼロに近いと結論づけたHERMES実験とよく一致しており、特に精度が約3倍向上していた。
• ゴロスココフとクリョールのGPDモデルに基づく理論的予測では、バルククォークGPD $E^u$ と $E^d$ のみを用いて、陽子に対して平均非対称性が $-0.02$、HERMESでは $-0.03$ と予測されており、データと合理的に一致していた。
• 極限的な正値制限の下で $E^g$ と $E^{\rm{sea}}$ を含めた場合、予測非対称性への影響は無視できるほど小さく、理論的不確かさ帯よりも小さい変化にとどまった。

Figure 2: Distributions of the $z$ -coordinate of the primary vertex $z_{V}$ for NH 3 (left) and 6 LiD data (right). The vertical lines indicate the applied $z_{V}$ cuts.