[論文レビュー] Measurement of Transverse Single Spin Asymmetry A_N in Eta Mass Region at Large Feynman X_F with the STAR Forward Pion Detector

Steven Heppelmann, collaboration, for STAR|ArXiv.org|May 18, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、STARフォワードパイオンドエテクタを用いて、大スケールのフェルミン変数 $x_F$ 範囲（$x_F > 0.5$）における $\eta$ メソンの横方向単一スピン非対称性 $A_N$ の初回のRHIC測定を報告する。$A_N$ は $\eta$ メソンに対して $\langle A_N\rangle = 0.361 \pm 0.064$ であり、$\pi^0$ メソンの $\langle A_N\rangle = 0.078 \pm 0.018$ より顕著に大きい。この差は4標準偏差以上に達しており、$\eta$ 生産におけるスピン-軌道相関の強さや高次位効果の可能性を示唆している。

ABSTRACT

The large values of the transverse single spin asymmetry, A_N, seen in forward pi0 production from polarized proton collisions have stimulated important questions and have been studied in QCD based transverse spin models. We report the first RHIC measurement of A_N for the two photon mass region of the eta meson. The eta peak for meson energies greater than 50 GeV (Feynman x_F >0.5) was observed in the STAR Forward Pion Detectors, along with pi0 mesons, at pseudo-rapidity of 3.65 in sqrt{s}=200 GeV pp collisions. The pi0 transverse asymmetry, which has already been reported in detail by the STAR collaboration, is compared to the transverse asymmetry in the eta mass region. The surprising observation is that in this kinematic region, the eta asymmetry is larger than the already large pi0 asymmetry.

研究の動機と目的

• QCDに基づくスピンモデルの予測を検証するため、$x_F > 0.5$ の大スケールのフェルミン変数領域における $\eta$ メソンの横方向単一スピン非対称性 $A_N$ を測定すること。
• 同じ運動量領域で $\eta$ メソンと $\pi^0$ メソンの $A_N$ を比較し、スピン非対称性のアイソスピン依存性を調べること。
• $\eta$ メソンの $A_N$ が高 $x_F$ で最大値に近づくかどうかを調査し、特定のスピン-軌道メカニズムの支配的寄与を示唆すること。
• クォーク構成と波動関数構造が異なる $I=0$ の $\eta$ メソンと $I=1$ の $\pi^0$ メソンを比較することで、単一スピン非対称性における高次位効果の役割を評価すること。

提案手法

• 200 GeV の極化陽子-陽子衝突において、STARフォワードパイオンドエテクタ（FPD）を用いて、$\eta$ および $\pi^0$ メソンの二光子崩壊生成物を検出する。
• $\eta$ および $\pi^0$ 崩壊と整合するイベントを選別するため、準位相速度（$\eta \approx 3.65$）と方位角（$\phi$）に幾何的カットを適用する：$((Y-3.65)^2 + \tan^2(\phi))^2 < (0.15)^2$。
• $\eta$ キャンディデートには質量窓 $m_\eta = 0.55 \pm 0.07$ GeV を、$\pi^0$ キャンディデートには $m_{\pi^0} = 0.135 \pm 0.05$ GeV を使用する。
• 正極化と負極化ビーム走行の非対称性を比較するクロスレシオ法を用いて $A_N$ を計算する。
• $\eta$ メソンの高感度を最大化するため、運動量領域選別を実施し、特に $x_F > 0.5$ に焦点を当てる。
• 統計誤差のみを考慮した重み付き平均として、$\eta$ および $\pi^0$ メソンの $x_F$ 範囲 0.55–0.75 における $A_N$ を報告する（システムティック誤差は小さいと推定）。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $x_F > 0.5$ の大スケール $x_F$ 範囲において、$\eta$ メソンの横方向単一スピン非対称性 $A_N$ は $\pi^0$ メソンのそれーよりも大きいのか？
• RQ2 観測された $\eta$ メソンの $A_N$ は、QCDにおけるシヴァーズまたはコリンズ型の高次位モデルの予測と整合しているか？
• RQ3 $\eta$ メソンの $A_N$ は高 $x_F$ で最大値に近づく傾向を示すのか？ これは、運動論的または力学的限界を示唆するのか？
• RQ4 アイソスピン量子数（$\eta$ では $I=0$、$\pi^0$ では $I=1$）は、フォワードメソン生成における $A_N$ の大きさにどのように影響するか？
• RQ5 観測された $\eta$ と $\pi^0$ メソン間の $A_N$ 差異は、極化陽子衝突におけるクォークスピン相関およびフラグメンテーションの役割について何を示唆するか？

主な発見

• $x_F$ 範囲 0.55–0.75 における $\eta$ メソンの重み付き平均横方向単一スピン非対称性は $\langle A_N\rangle_\eta = 0.361 \pm 0.064$ であり、$\pi^0$ メソンのそれーより顕著に大きい。
• 同じ $x_F$ 範囲における $\pi^0$ メソンの $A_N$ は $\langle A_N\rangle_{\pi^0} = 0.078 \pm 0.018$ であり、4標準偏差以上の差が確認された。
• $\eta$ メソンの $A_N$ は $x_F$ が増加するにつれて増加する傾向を示しており、高 $x_F$ で最大非対称性に近づく可能性を示唆している。
• 同じ運動量領域において、$\eta$ メソンの $A_N$ は $\pi^0$ メソンの4倍以上に達しており、既存のQCDモデルが予測しないような強いアイソスピン依存性を挑戦している。
• この結果は、以前のE704測定と整合しており、より高い有意水準と高 $x_F$ でのより大きな非対称性を示しており、信頼性の高い信号であることを示している。
• 予備的なシステムティック誤差は小さいため、報告された $A_N$ 値の主な寄与は統計誤差に起因していると考えられる。