[論文レビュー] Measurements of Forward Jet Production in Polarized pp Collisions at \sqrt{s}=500 GeV

L. V. Nogach|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2012

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

ひとこと要約

本研究では、RHICのANDY検出器を用いて、$√s} = 500$ GeVにおける極化$pp$衝突における前方ジェット生成の分析力($A_N$)の最初の測定を報告する。コーンおよびアンチ-$k_T$ジェット再構成アルゴリズムを用い、$x_F > 0$において小さなが有意な正の$A_N \sim 10^{-3}$が得られ、手法間で一貫しており、理論的予想によるキャンセルが生じないにもかかわらず、ジェット生成におけるサイバーズ型単一スピン非対称性が非零であることを示唆している。

ABSTRACT

The AnDY project at RHIC was proposed to measure the analyzing power for Drell-Yan production. Test runs took place during polarized proton operations of RHIC in 2011 and 2012 with a model of the AnDY apparatus in place. In total, an integrated luminosity of 9 pb^-1 with beam polarization of 50% was sampled. The primary detector components were a hadron calorimeter (HCal) that spanned the pseudorapidity interval 2.4 < η< 4.0 and a small electromagnetic calorimeter (ECal). Basic goals for AnDY test running were to establish the impact of a third interaction region on RHIC performance and to demonstrate HCal calibration. Energy scale of HCal was established using neutral pion reconstruction and checked with hadronic response. In addition, data with a trigger based on HCal energy sum were taken to study jet events. First measurements of analyzing power in the forward jet production are reported.

研究の動機と目的

• 極化$pp$衝突におけるジェット単一スピン非対称性（$A_N$）を$√s} = 500$ GeVで測定し、陽子スピン構造におけるサイバーズ効果を調べること。
• $π^+$と$π^-$非対称性のキャンセルにより、ジェット生成において$A_N$が小さくなったりゼロになると予測する理論モデルを検証すること。
• 中性パイオン再構成とHCalにおけるハドロン応答を用いて、検出器のキャリブレーションと性能を検証すること。
• バッチシャッフル法とフィル毎のフィットを用いて、照射率、検出器、ビーム極化非対称性に起因する系統的不確実性を評価すること。
• 将来のDrell-Yan測定のベンチマークを提供すること。Drell-Yan測定はスピン依存部分子分布関数を分離するために不可欠である。

提案手法

• ジェット再構成には、$R = 0.7$を用いたコーン検出器とアンチ-$k_T$アルゴリズムの両方を用い、収束のためエネルギー加重中心系反復計算を実施した。
• エネルギースケールのキャリブレーションは、$π^0$再構成を基にし、$E' = 1.12E - 0.1$ GeVの調整を加えることで、ハドロン補償を補正したPYTHIA/GEANTシミュレーションを用いた。
• ジェット選択には、$E_{\text{jet}} > 30$ GeV、$|\eta_{\text{jet}} - 3.25| < 0.25$、$|\phi_{\text{jet}} - \phi_{\text{off}}| < 0.5$を要件とし、HCal領域における前方ジェットを分離した。
• 分析力$A_N$は、ミラー対称性に基づく式で計算された：$\epsilon = P_{\text{Beam}} A_N = \left(\sqrt{N^\uparrow_L N^\downarrow_R} - \sqrt{N^\uparrow_R N^\downarrow_L}\right)/\left(\sqrt{N^\uparrow_L N^\downarrow_R} + \sqrt{N^\uparrow_R N^\downarrow_L}\right)$。この式により、検出器および照射率非対称性がキャンセルされる。
• 系統的不確実性はバッチシャッフル法により評価され、$\sigma_{\text{sys}} < 2 \times 10^{-4}$が得られ、フィル毎の$\chi^2$フィットにより$A_N$が定数であることに整合していることが示された。
• データ収集には2種類のトリガーを用いた：HCalエネルギー和（しきい値〜35 GeV）とECalエネルギー和。これにより、トリガーバイアス効果の検討が可能になった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 極化$pp$衝突における前方ジェット単一スピン非対称性（$A_N$）の大きさと符号は、$√s} = 500$ GeVでどのように変化するか？
• RQ2 異なるジェット再構成アルゴリズム（コーン対アンチ-$k_T$）が測定された$A_N$に与える影響は何か。また、その一貫性はどの程度か？
• RQ3 観測された$A_N$は、特に硬い中性パイオンを生成するジェットを好むECalベースのトリガーに起因するトリガーバイアスの影響をどれほど受けるか？
• RQ4 シミュレーションはジェットエネルギースケールと形状をどれほど正確に再現しているか。これは$A_N$抽出にどのような含意を持つのか？
• RQ5 主な系統的不確実性は何か。ミラー対称性とバッチシャッフル法により、それらは信頼性を持って抑制可能か？

主な発見

• 測定されたジェット分析力$A_N$は小さくても正であり、$x_F > 0$で約$10^{-3}$の値を示し、最大6σの有意水準に達した。
• コーンおよびアンチ-$k_T$ジェット再構成アルゴリズムからの$A_N$値は、統計的不確実性の範囲内で一致しており、結果の堅牢性を示している。
• ECalトリガーイベントでは、$A_N$が1〜3%のレベルに達しており、硬い中性パイオンに崩壊するジェットを強く好む強いトリガーバイアスがあることが示唆された。
• ジェットエネルギースケールは、シミュレーテッドタワージェットと粒子レベルジェットの比較により検証され、方向一致率（$|\Delta\eta|, |\Delta\phi| < 0.8$）で82%の一致が得られた。
• 系統的不確実性は非常に小さく、バッチシャッフル法による最大値が$2 \times 10^{-4}$であった。これにより、$A_N$測定の信頼性が確認された。
• フィル毎のフィットにおける$\chi^2$自由度当たりの値は1に近く、時間依存の系統的要因が結果に顕著に影響していないことを示した。