[論文レビュー] Gluon polarization and jet production at STAR

Pibero Djawotho|CNR SOLAR (Scientific Open-access Literature Archive and Repository) (University of Southampton)|Mar 3, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、2009年STAR実験のデータを用いて、$√s = 200$ GeVの極化陽子-陽子衝突から、包含的および二ジェットの縦方向二重スピン非対称性（$A_{LL}$）の高精度測定を提示する。25 pb$^{-1}$の光度と57%のビーム極化を達成した。改良されたジェットエネルギー分解能とトリガーバイアスの低減により、極化グルーオン分布$Δ g(x)$が制約され、DSSVモデルがGRSVモデルよりも支持され、$0.05 < x < 0.2$の範囲におけるグルーオン極化率の不確実性が顕著に減少する。

ABSTRACT

At RHIC kinematics, polarized jet hadroproduction is dominated by $gg$ and $qg$ scattering, making the jet longitudinal double-spin asymmetry, $A_{LL}$, sensitive to gluon polarization in the nucleon. I will present STAR results of $A_{LL}$ from inclusive jet and dijet measurements for the RHIC 2006 run totaling 5.5 pb$^{-1}$ of integrated luminosity with 55% beam polarization at center-of-mass energy 200 GeV. I will also present preliminary results from the analyses of data from the 2009 run, which collected a much larger sample (25 pb$^{-1}$ with 57% polarization) at 200 GeV. The results are compared with theoretical calculations of $A_{LL}$ based on various models of the polarized gluon distribution function in the nucleon. The STAR data place significant constraints on allowed theoretical models.

研究の動機と目的

• 陽子-陽子衝突における包含的ジェットの縦方向二重スピン非対称性（$A_{LL}$）を$\sqrt{s} = 200$ GeVで測定し、陽子内のグルーオン極化$\Delta g(x)$を調べること。
• 2006年と比較して2009年実験の高精度データを活用することで、極化グルーオン分布関数$\Delta g(x)$の制約を強化すること。
• 検出器性能の向上に伴い、ジェットエネルギー分解能とトリガー効率の向上により、$A_{LL}$測定の系統的不確実性を低減すること。
• 理論的モデル（GRSV、DSSV、GS-C）と$A_{LL}$結果を比較し、$\Delta g(x)$の妥当なシナリオを区別し、陽子スピンへのグルーオンスピン寄与の不確実性を低減すること。

提案手法

• ジェット再構築には、コーン半径0.7、シード横運動量0.5 GeV、分割統合割合0.5を用いたミッドポイント・コーンアルゴリズムを、トラックおよび電磁カロリメータタワーに適用した。
• 二重スピン非対称性$A_{LL}$は、$A_{LL} = \frac{1}{P_1P_2}\frac{N^{++} - R N^{+-}}{N^{++} + R N^{+-}}$の式で測定され、$R$は光度比、$N^{++}$および$N^{+-}$は同じヘリシティおよび逆ヘリシティビームのジェットyieldを表す。
• 2009年には新しいエネルギー差し引き技術が導入され、対応する電磁カロリメータタワーからチャージドトラックの全運動量を差し引くことで、ハドロンシャワリングに起因する揺らぎを低減した。
• データ取得システム（DAQ1000）はアップグレードされ、数百分の1 Hzの記録が可能になり、死時間は5%にまで低下した。これによりトリガー効率が著しく向上し、バイアスが低減した。
• BEMCおよびEEMCにおけるトリガー閾値の改善と重複ジェットパッチの導入により、ジェット受容率は2006年と比較して37%向上した。
• 再構築されたジェットの$p_T$と真の値との差を小さくし、$gg$、$qg$、$qq$の過程に対するトリガー応答の差を考慮することで、系統的不確実性を最小化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2009年の極化陽子-陽子衝突（$\sqrt{s} = 200$ GeV）における、ジェット横運動量（$p_T$）および準垂直性（$\eta$）の関数としての包含的ジェット$A_{LL}$は、どのように測定されたか？
• RQ2 2009年の$A_{LL}$結果は、GRSV、DSSV、GS-Cのグローバルフィットによる理論的予測とどのように比較されるか？
• RQ3 包含的および二ジェットの$A_{LL}$測定は、$x$範囲$0.05 < x < 0.2$における極化グルーオン分布$\Delta g(x)$をどの程度制約するか？
• RQ4 検出器性能の向上（例：DAQ、エネルギー分解能、トリガー）は、$A_{LL}$測定の精度と系統的不確実性にどのように影響するか？
• RQ5 2009年のデータは、$\chi^2 + 2$の範囲で切り捨て積分$\Delta g(x)$が変動を許容するように、過去のデータにフィットできるか？

主な発見

• 2009年の包含的ジェット$A_{LL}$測定では、低$p_T$領域で2006年結果の4倍、高$p_T$領域で3倍の精度が達成された。
• 包含的ジェットの測定された$A_{LL}$値は、DSSVモデルとGRSV-STDモデルの予測の間にあるが、DSSVモデルがデータをよく再現している。
• 2006年および2009年データのフィットに基づき、$\chi^2$が2の範囲で変動を許容した場合、$0.05 < x < 0.2$における$\Delta g(x)$の切り捨て積分は0.13に決定された。
• 二ジェット$A_{LL}$の結果は、異なるラピディティ範囲で測定され、$\Delta g(x)$の形状をさらに制約し、包含的ジェットの$x$範囲を超えた外挿の不確実性を低減した。
• ジェットエネルギー分解能が18%（2006年は23%）に向上し、トリガーバイアスが低減されたことで、$A_{LL}$測定の正確性が顕著に向上した。
• 25 pb$^{-1}$のデータと57%のビーム極化を有する2009年のデータは、極化部分子分布関数のグローバル解析に組み込まれることで、陽子内のグルーオン極化の不確実性を著しく低減することが期待される。