[論文レビュー] Importance of Semi Inclusive DIS Processes in Determining Fragmentation Functions

Elliot Leader, A. V. Sidorov+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2013

Laser-induced spectroscopy and plasma被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、HERMESおよびCOMPASSの半包含的深エネルギー核子散乱（SIDIS）実験から得られたパイオン多重度について、次-leading-order（NLO）QCD解析を実施し、新たなパイオン分岐関数（FFs）を抽出する。この研究では、[x,z]と[Q²,z]の2つの運動量空間形式で提示されたHERMESデータ間に顕著な不一致が示され、[Q²,z]形式ではより良いフィット（χ²/DOF = 1.15）を示し、[x,z]形式に欠陥がある可能性を示唆している。一方、COMPASSデータは新たに抽出されたFFsと整合的であるが、広く用いられているDSS FFsとは整合しない。

ABSTRACT

A NLO QCD analysis of the HERMES and COMPASS data on pion multiplicities is presented. Sets of pion fragmentation functions are extracted from fits to the data and compared with those obtained from other groups before these data were available. The consistency between HERMES and COMPASS data is discussed. We point out a possible inconsistency between the HERMES [x, z] and [Q^2, z] presentations of their data.

研究の動機と目的

• 最近のHERMESおよびCOMPASSの非極性化SIDIS実験におけるパイオン多重度データから、新たなパイオン分岐関数（FFs）を抽出すること。
• HERMESとCOMPASSデータの整合性、特に[ x,z ]と[ Q²,z ]の異なる運動量空間形式の関係を評価すること。
• 新たな実験的データを踏まえて、既存のFFセット（特にDSSおよびHKNS）の信頼性を評価すること。
• 観察されたデータ提示形式の不一致が、実験的抽出誤差に起因するのか、それとも物理的不整合に起因するのかを特定すること。

提案手法

• HERMESおよびCOMPASSのパイオン多重度データに対して、式（1）で定義される半包含的断面積と包含的断面積の比を用いて、NLO QCDグローバルフィットを実施した。
• 解析にはNLO MRST'02の一部子分布関数（PDFs）を用い、分岐関数に関しては同位スピン対称性を仮定した。
• 2つの運動量空間形式、[x,z]および[Q²,z]を用い、それぞれ別個のフィットを実施して整合性を評価した。
• フィットの品質はχ²/DOF統計量を用い、誤差は統計的および系貫的要因を四乗和で結合した。
• 分岐関数のパラメータ化はQ² = 1 GeV²で実施し、各パイオンチャネルに12個の自由パラメータを設定した。
• 抽出されたFFsは、実験的運動量空間における直接的な多重度計算を用いて、DSSおよびHKNSセットと比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 [x,z]形式と[Q²,z]形式のHERMESパイオン多重度データは互いに整合的か？
• RQ2 新たに得られたHERMESおよびCOMPASSのパイオン多重度データは、従来用いられていたDSS分岐関数を支持するか？
• RQ3 [Q²,z]形式を用いることで、HERMESおよびCOMPASSの両データから一貫性のあるパイオン分岐関数セットを抽出できるか？
• RQ4 なぜDSS分岐関数は、HERMESおよびCOMPASSの両運動量空間で多重度を系的に過大予測するのか？
• RQ5 HERMESの[x,z]と[Q²,z]データ提示形式の間で生じる不一致の原因は何か？これはデータ抽出段階に問題があることを示唆するのか？

主な発見

• [y,x(Q²),z]形式を用いたCOMPASSデュテロンデータへのフィットでは、非常に優れたχ²/DOF = 0.73が得られ、データの高精度な記述を示している。
• HERMESデータの[Q²,z]形式へのフィットは妥当な結果（χ²/DOF = 1.15）を示したが、[x,z]形式へのフィットは極めて悪い結果（χ²/DOF = 14.54）を示し、最初のzビンおよび低x領域で顕著な不一致が生じている。
• HERMES [Q²,z]データから抽出された新たなパイオンFFsは、DSSおよびHKNSセットと顕著に異なり、特にグルーオンおよび反クォーク分岐関数において顕著な差が認められた。
• DSS FFsは、HERMESおよびCOMPASS両方のデータで多重度を系的に過大予測しており、特にπ⁺ではD̄dπ⁺がDuπ⁺よりも大きいことにより、同位スピン対称性が破れていることが原因である。
• COMPASSおよびHERMES [Q²,z]データは、[x,z]形式よりも整合性が高く、主にπ⁺の3番目のzビンおよびπ⁻の2番目・3番目のzビンに差が見られる。
• 本研究では、2つのHERMESデータ提示形式間に深刻な不整合が判明し、[x,z]形式のデータ抽出または報告に問題がある可能性を示唆している。