[論文レビュー] Measurement of Azimuthal Modulations in the Cross-Section of Di-Pion Pairs in Di-Jet Production from Electron-Positron Annihilation

P. H. Hansen, I. Adachi+419 more|arXiv (Cornell University)|May 29, 2015

Muon and positron interactions and applications被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、Belle実験を用いて電子・陽電子対消滅からの二パイオン対生成における方位角調制の最初の測定が行われた。ヘリシティに依存する分岐関数 $G_1^\perp$ に敏感な $\cos[2(\Phi_{R_1}-\Phi_{R_2})]$ 調制の振幅は、統計的および系統的不確実性の範囲内でゼロと整合的であり、系統的不確実性は低質量・低 $z$ では $2 \times 10^{-3}$ から高質量・高 $z$ では $5 \times 10^{-3}$ の範囲で変動する。二パイオン標本の純度は90%を超えており、平均で18%が charm クォークからの寄与であり、検出器効果は Pythia、EvtGen、GEANT3 を用いてシミュレートされた。

ABSTRACT

We present an extraction of azimuthal correlations between two pairs of charged pions detected in opposite jets from electron-positron annihilation. These correlations may arise from the dependence of the di-pion fragmentation on the polarization of the parent quark in the process $e^+e^- ightarrow q \bar{q}$. Due to the correlation of the quark polarizations, the cross-section of di-pion pair production, in which the pion pairs are detected in opposite jets in a dijet event, exhibits a modulation in the azimuthal angles of the planes containing the hadron pairs with respect to the production plane. The measurement of this modulation allows access to combinations of fragmentation functions that are sensitive to the quark's transverse polarization and helicity. Within our uncertainties we do not observe a significant signal from the previously unmeasured helicity dependent fragmentation function $G_1^\perp$. This measurement uses a dataset of 938~fb$^{-1}$ collected by the Belle experiment at or near $\sqrt{s}\approx10.58$ GeV.

研究の動機と目的

• 電子・陽電子対消滅からの二ジェット事象における二パイオン対を含む方位角角度相関を測定すること。
• 二パイオン断面積における $\cos[2(\Phi_{R_1}-\Phi_{R_2})]$ 調制を介して、ヘリシティに依存する分岐関数 $G_1^\perp$ を探査すること。
• 分岐過程における軽クォークおよび charm クォークの寄与を評価すること。
• 非定義領域の端効果および検出器のスメアリングに起因する非対称性測定における系統的不確実性を定量化すること。
• 部分波展開における $p$-波干渉に起因する $G_1^\perp$ の理論的予測が、測定可能な増幅をもたらすかを検証すること。

提案手法

• 分析は、KEK の $e^+e^-$ コライダーで取得された Belle 実験のデータを用いる。$\sqrt{s} \approx 10.5$ GeV で実施された。
• 運動量的およびトポロジカルな制約を用いて、二つのジェットにパイオン対を含むイベントを選別し、二ジェット構成を分離する。
• イベントの静止系において、二つのパイオン対間の方位角差 $\Phi_{R_1} - \Phi_{R_2}$ を測定し、$\cos[2(\Phi_{R_1}-\Phi_{R_2})]$ 調制を抽出する。
• 系統的不確実性は、部分線形成りのための Pythia、崩壊のための EvtGen、検出器応答のための GEANT3 を用いたモンテカルロシミュレーションにより推定される。
• 二パイオン標本の純度は90%以上であり、残りの10%はカイオンの混入に起因する。charm クォーク寄与は平均で18%であり、$z$ に伴い21%から5%へ単調に減少する。
• 非対称性 $A^{\cos[2(\Phi_{R_1}-\Phi_{R_2})]}$ は、二パイオンのインヴァリアント質量 $M$ および運動量分率 $z$ の関数として抽出され、統計的および系統的不確実性が評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二パイオン対生成における $\cos[2(\Phi_{R_1}-\Phi_{R_2})]$ 調制が非ゼロの信号を示すか。これは $G_1^\perp$ 分岐関数が非ゼロであることを示唆する。
• RQ2 charm クォーク分岐の寄与は、測定された方位角非対称性にどのように影響するか。
• RQ3 検出器のスメアリングおよび非定義領域の端効果が、非対称性測定にどれほどバイアスをもたらすか。
• RQ4 $\cos(\theta_{\text{decay}}) > 0$ の領域に制限した場合、$G_1^\perp$ の振幅が著しく非ゼロになる兆候があるか。
• RQ5 $G_1^\perp$ の部分波展開における $p$-波干渉は、非対称性に測定可能な増幅をもたらすか。

主な発見

• $\cos[2(\Phi_{R_1}-\Phi_{R_2})]$ 調制の振幅は、統計的不確実性の範囲内でゼロと整合的であり、その大きさは $10^{-3}$ のオーダーで、対称的である。
• 非対称性の系統的不確実性は非対称的であり、低 $M$ および低 $z$ では $2 \times 10^{-3}$ から高 $M$ および高 $z$ では $5 \times 10^{-3}$ の範囲で変動し、主に検出器スメアリングおよび非定義領域の端効果に起因する。
• 二パイオン標本の純度は90%を超えており、残りの10%はカイオン混入に起因する。charm クォーク寄与は平均で18%であり、$z$ に伴い21%から5%へ単調に減少する。
• 崩壊角 $\theta_{\text{decay}}$ を $\cos(\theta_{\text{decay}}) > 0$ の領域に制限しても、$G_1^\perp$ の振幅が著しく非ゼロになることは得られず、これはゼロ結果を支持する。
• 測定された非対称性は、$M$ および $z$ の全領域においてゼロから顕著に逸脱せず、この運動量領域では非ゼロの $G_1^\perp$ 分岐関数の証拠がないことを示している。