[論文レビュー] Measurement of the Analyzing Power $A_N$ in $pp$ Elastic Scattering in the CNI Region with a Polarized Atomic Hydrogen Gas Jet Target

Hiromi Okada, I. Alekseev+14 more|ArXiv.org|Dec 31, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、RHICにおける100 GeV/$c$の陽子ビームと偏光した原子水素ガスジェット標的に基づき、$√{s} = 13.7~{ m GeV}$における$pp$弾性散乱の分析力$A_N$を高精度で測定した。データは$0.001 < |t| < 0.032~{ m GeV}^2/c^2$の範囲をカバーしており、陽子の異常磁気モーメントに起因する電磁的スピン反転振幅のみに基づくCoulomb Nuclear Interference（CNI）予測と整合しており、大規模なハドロン的スピン反転振幅の明確な証拠は見いだされなかった。

ABSTRACT

A precise measurement of the analyzing power $A_N$ in proton-proton elastic scattering in the region of 4-momentum transfer squared $0.001 &lt; |t| &lt; 0.032 ({ m GeV}/c)^2$ has been performed using a polarized atomic hydrogen gas jet target and the 100 GeV/$c$ RHIC proton beam. The interference of the electromagnetic spin-flip amplitude with a hadronic spin-nonflip amplitude is predicted to generate a significant $A_N$ of 4--5%, peaking at $-t \simeq 0.003 ({ m GeV}/c)^2$. This kinematic region is known as the Coulomb Nuclear Interference region. A possible hadronic spin-flip amplitude modifies this otherwise calculable prediction. Our data are well described by the CNI prediction with the electromagnetic spin-flip alone and do not support the presence of a large hadronic spin-flip amplitude.

研究の動機と目的

• Coulomb Nuclear Interference（CNI）領域における陽子-陽子弾性散乱の分析力$A_N$を高精度で測定すること。
• 電磁的スピン反転のみに基づくCNI予測からのずれをテストすることによって、$pp$散乱におけるハドロン的スピン反転振幅の存在を調べること。
• $t$領域$0.001 < |t| < 0.032~{\rm GeV}^2/c^2$のデータを用いて、縮約されたスピン反転振幅比$r_5$を制限すること。
• 長距離における非摂動的QCD効果がスピン依存性ハドロン相互作用に与える役割を調査すること。

提案手法

• 横方向に偏光した原子水素ガスジェット標的に基づき、$pp$弾性散乱における$A_N$を測定した。
• 100 GeV/$c$のRHIC陽子ビームを用い、偏光したジェットが12時の位置で時計回りビームと交差するように配置した。
• 散乱面内のスピン非対称性を検出するために、$90^\circ$付近の角度で反動陽子を測定した。
• 2成分のフィッティングモデルを適用した：1つは電磁的スピン反転のみを仮定する（CNI予測）、もう1つは$r_5$を介してハドロン的スピン反転振幅を許容するモデル。
• 独立した偏光測定を用いて正規化誤差を決定し、誤った非対称性、受容性、バックグラウンドからの系統誤差を評価した。
• 両モデルに$A_N(t)$データをフィットさせ、フィットの良さを比較し、$r_5$パラメータを抽出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CNI領域における測定された分析力$A_N$は、電磁的スピン反転振幅のみに基づく予測からずれているか？
• RQ2 陽子-陽子弾性散乱において、スピン非反転振幅と干渉する有意なハドロン的スピン反転振幅の証拠があるか？
• RQ3 $\sqrt{s} = 13.7~{\rm GeV}$における、縮約されたスピン反転振幅比$r_5 = \lim_{|t|\to 0} \frac{M_p}{\sqrt{-t}} \frac{\phi_5^{\rm had}}{{\rm Im}(\phi_1^{\rm had} + \phi_3^{\rm had})/2}$の上限は何か？
• RQ4 以前の$pC$散乱測定で同様のエネルギーでCNI予測からのずれが示唆されたが、今回の結果はそれらとどのように比較できるか？

主な発見

• 測定された$A_N$値は、電磁的スピン反転振幅のみを仮定したCNI予測によりよく説明されており、自由度14に対して$\chi^2 = 13.4$であった。
• ハドロン的スピン反転振幅を許容するフィットでは、自由度12に対して$\chi^2 = 11.1$であり、フィットの質の向上は顕著でなかった。
• 抽出された$r_5$パラメータは${\rm Re}~{}r_5 = -0.0008 \pm 0.0091$および${\rm Im}~{}r_5 = -0.015 \pm 0.029$であり、ゼロと整合的で、有意にゼロからずれていない。
• $r_5$の95%信頼領域はゼロの値を排除しないことから、大規模なハドロン的スピン反転振幅の証拠はない。
• 以前の$pC$散乱測定で同様のエネルギーで推定された大規模なハドロン的スピン反転寄与とはデータが整合しない。
• 結果は、$√{s} = 13.7~{\rm GeV}$のCNI領域における$pp$散乱で、電磁的スピン反転機構が支配的であることを支持する。