[論文レビュー] Measurements of F_{2} and R=\sigma_{L}/\sigma_{T} on Nuclear Targets in the Nucleon Resonance Region

V. Mamyan|arXiv (Cornell University)|Feb 7, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 28被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、核共振子領域（1 < W² < 4 GeV²、0.5 < Q² < 4.5 GeV²）における炭素、アルミ늄、鉄、銅標的に、高精度なローゼンブリュッハ分離測定を実施し、横方向対縦方向断面積比 R = σL/σT および F2 構造関数を測定した。ジェファーソンラボの実験 E04-001 のデータを用いて、核の構造関数におけるクォーク-ハドロン双対性を確認した。核内のフェルミ運動が共鳴状態のフラクチュエーションを平均化し、深接続散乱の極限と整合するスケーリング行動を示すことが示された。この結果は、K2K および MINOS 実験におけるニュートリノ振動パラメータの不確実性を低減し、MRST(NNLO) のような標的質量補正付きグローバルパラメータ化の妥当性を裏付けた。

ABSTRACT

Jefferson Lab Experiment E04-001 used the Rosenbluth technique to measure R=\sigma_{L}/\sigma_{T} and F_{2} on nuclear targets. This experiment was part of a multilab effort to investigate quark-hadron duality and the electromagnetic and weak structure of the nuclei in the nucleon resonance region. In addition to the studies of quark-hadron duality in electron scattering on nuclear targets, these data will be used as input form factors in future analysis of neutrino data which investigate quark-hadron duality of the nucleon and nuclear axial structure functions. An important goal of this experiment is to provide precise data which to allow a reduction in uncertainties in neutrino oscillation parameters for neutrino oscillation experiments (K2K, MINOS). This inclusive experiment was completed in July 2007 at Jefferson Lab where the Hall C High Momentum Spectrometer detected the scattered electron. Measurements were done in the nuclear resonance region (1 < W^{2} < 4 GeV^{2}) spanning the four-momentum transfer range 0.5 < Q^{2} < 4.5 (GeV^{2}). Data was collected from four nuclear targets: C, Al, Fe and Cu.

研究の動機と目的

• . 12°–76° の角度で電子散乱を用いてローゼンブリュッハ技術を用い、核標的に共鳴領域における R = σL/σT および F2 を測定すること。
• . 核の横方向および縦方向構造関数におけるクォーク-ハドロン双対性の検証。
• . K2K および MINOS 実験におけるニュートリノ振動パラメータの不確実性低減のための高精度なデータ提供。
• . 特にフェルミ運動が共鳴フラクチュエーションをどのように平均化するかを含めた、構造関数への核効果の調査。
• . 共鳴領域における標的質量補正付きグローバルパラメータ化（例：MRST(NNLO)）の妥当性の検証。

提案手法

• . 12°–76° の散乱角で電子散乱を用い、ローゼンブリュッハ技術により縦方向および横方向断面積を分離。
• . ジェファーソンラボのホールCで、12C、27Al、56Fe、64Cu の標的にて High Momentum Spectrometer (HMS) を用いてデータ収集。
• . ドリフトチェンバー、ホドスコープ、チェレンコフ検出器、電磁カロリメーターの包括的補正を実施。
• . 仮想的弾性および非弾性モデルを用いた反復的グローバルフィッティングにより、断面積から構造関数を抽出。
• . 実験的断面積に対して放射補正、クーロン補正、受容性補正を適用。
• . モデル依存の補間法により RA − RD を用い、F2 構造関数を抽出。重水素基準データおよびアイソスピン加重を組み込んだ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 . 共鳴領域における核の横方向および縦方向構造関数において、クォーク-ハドロン双対性は成立するか？
• RQ2 . R = σL/σT の核依存性は何か？ これは A や Q² に依存するか？
• RQ3 . フェルミ運動および核効果が、F2 における共鳴構造をどの程度洗練させるか？
• RQ4 . 標的質量補正付きグローバルパラメータ化（例：MRST(NNLO)）は、測定された F2 および FL 構造関数をどの程度よく記述するか？
• RQ5 . 測定データは、K2K および MINOS 実験におけるニュートリノ振動パラメータの不確実性をどの程度低減できるか？

主な発見

• . W² > 2 GeV² の領域で、全標的にて R に顕著な核依存性は認められず、双対性と整合的であることを示唆。
• . 抽出された F2 構造関数は、特に Q² > 1.5 GeV² の銅（A = 64）において、フェルミ運動が共鳴フラクチュエーションを洗練させることを示した。
• . Q² > 1 GeV² の領域で、ナハトマン変数 ξ に対する F2 のスケーリングが観察され、銅では Q² > 1.5 GeV² でビョルケン x におけるスケーリングが確認された。
• . 標的質量補正付きの MRST(NNLO) パラメータ化が、特に FL に対して最もよくデータを記述しており、標的質量効果が不可欠であることを示唆。
• . データと標的質量補正付き MRST(NNLO) パラメータ化との一致は、核におけるクォーク-ハドロン双対性の妥当性を支持する。
• . この結果は、共鳴領域における核効果が、深接続散乱におけるものと定性的に類似しており、双対性を介したより深い関係がある可能性を示唆する。