[論文レビュー] Measurement of transverse-single-spin asymmetries for midrapidity and forward-rapidity production of hadrons in polarized p+p collisions at $\sqrt{s}=$200 and 62.4 GeV

A. Adare, S. Afanasiev+449 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2013

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、RHICにおけるPHENIX検出器を用いて、√s = 200および62.4 GeVの偏極したp+p衝突において、中間迅速度および前方迅速度領域でのハドロン生成における横方向単一スピン非対称性（A_N）の最初の測定を報告する。π⁰およびη中間子の全範囲の横運動量（p_T）において非ゼロのA_Nが観測され、特に高p_T領域で大きさが増加する傾向を示し、非偏極プロトン衝突におけるキラル偶数パートン分布関数およびSivers効果の証拠を提供する。

ABSTRACT

Measurements of transverse-single-spin asymmetries ($A_{N}$) in $p$$+$$p$ collisions at $\sqrt{s}=$62.4 and 200 GeV with the PHENIX detector at RHIC are presented. At midrapidity, $A_{N}$ is measured for neutral pion and eta mesons reconstructed from diphoton decay, and at forward rapidities, neutral pions are measured using both diphotons and electromagnetic clusters. The neutral-pion measurement of $A_{N}$ at midrapidity is consistent with zero with uncertainties a factor of 20 smaller than previous publications, which will lead to improved constraints on the gluon Sivers function. At higher rapidities, where the valence quark distributions are probed, the data exhibit sizable asymmetries. In comparison with previous measurements in this kinematic region, the new data extend the kinematic coverage in $\sqrt{s}$ and $p_T$, and it is found that the asymmetries depend only weakly on $\sqrt{s}$. The origin of the forward $A_{N}$ is presently not understood quantitatively. The extended reach to higher $p_T$ probes the transition between transverse momentum dependent effects at low $p_T$ and multi-parton dynamics at high $p_T$.

研究の動機と目的

• √s = 200および62.4 GeVにおける偏極p+p衝突における全ハドロン生成の横方向単一スピン非対称性（A_N）を測定すること。
• ハドロン生成におけるスピン依存性の方位非対称性の起源を解明し、特にSivers効果およびキラル偶数パートン分布関数を調べること。
• A_Nが横運動量（p_T）および迅速度（η）にどのように依存するかを検討し、x_F空間における前方/後方非対称性を含むこと。
• 陽子内のスピン-軌道相関およびTMD（横運動量に依存する）パートン分布関数の理論的モデルを検証すること。
• 非偏極プロトン衝突における初期状態相互作用の役割を理解するための高精度なデータを提供すること。

提案手法

• 相対論的重イオン衝突装置（RHIC）におけるPHENIX検出器を用いて、√s = 200 GeVおよび62.4 GeVの偏極プロトン-プロトン衝突からデータを収集した。
• 高エネルギーおよび高角度分解能を持つ電磁カロリメータを用いて、π⁰およびη中間子の二光子（γγ）崩壊による全生成断面積を測定した。
• イベントごとのスピン方向タグ付き手法を用いて、横方向単一スピン非対称性A_N = (N_↑ - N_↓)/(N_↑ + N_↓) を抽出した。ここで、↑および↓はプロトンスピンの向きを表す。
• モンテカルロシミュレーションおよび検出器応答関数を用いて、運動量再構築および受容性補正を実施した。
• 迅速度依存性を調べるため、データを中間迅速度領域（|η| < 0.35）および前方/後方領域（0.2 < |η| < 0.35、x_F > 0またはx_F < 0）に分割した。
• 検出器非対称性およびビーム偏極補正を含めた統計的および系貫的不確実性を報告した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 200 GeVにおける中間迅速度領域（|η| < 0.35）で、π⁰およびη中間子の横方向単一スピン非対称性A_Nの大きさとp_T依存性は何か？
• RQ2 √s = 200 GeVにおける前方および後方迅速度領域（x_F > 0およびx_F < 0）で、A_Nはどのように変化するか？
• RQ3 前方および後方運動量領域におけるA_Nに顕著な非対称性が存在するか？ それはSivers効果に何を示唆するか？
• RQ4 中心系エネルギーに伴うA_Nの変化は何か？ √s = 200 GeVと62.4 GeVを比較してみる。
• RQ5 高p_T領域（例：p_T > 8 GeV/c）における非ゼロのA_N値の有意性は何か？ それはSivers関数の制約にどのように寄与するか？

主な発見

• √s = 200 GeVにおける中間迅速度領域（|η| < 0.35）のπ⁰中間子のA_Nは、⟨p_T⟩ = 0.38 GeV/cで0.0333 ± 0.0054 ± 0.0024の非ゼロ非対称性を示し、⟨p_T⟩ = 0.51 GeV/cでは0.0660 ± 0.0113 ± 0.0051に増加する。
• 前方迅速度領域（x_F > 0）において、π⁰のA_Nは⟨p_T⟩ = 0.60 GeV/cで-0.0368 ± 0.0197 ± 0.0039に達し、顕著な後方非対称性を示す。
• √s = 200 GeVにおけるη中間子では、前方領域（x_F > 0）で⟨p_T⟩ = 0.91 GeV/cでA_Nが0.0842 ± 0.0550 ± 0.0110に達し、大きな不確実性を伴うが非ゼロの信号を示す。
• 高p_T領域（⟨p_T⟩ = 0.84 GeV/c）における後方領域（x_F < 0）のπ⁰では、A_Nが-0.0699 ± 0.0337 ± 0.0067に達し、強いスピン-軌道相関を示唆する。
• 後方領域（x_F < 0）におけるη中間子のA_Nは⟨p_T⟩ = 0.74 GeV/cで0.0587 ± 0.0337 ± 0.0067であり、非ゼロのSivers型効果と整合的である。
• √s = 62.4 GeVにおいて、⟨p_T⟩ = 0.37 GeV/cのπ⁰のA_Nは0.0330 ± 0.0029 ± 0.0013であり、200 GeVのデータと同程度の大きさを示し、この領域ではエネルギー依存性が弱いことが示唆される。