[論文レビュー] Measurements of the Electron-Helicity Dependent Cross Sections of Deeply Virtual Compton Scattering with CEBAF at 12 GeV

J. Roche, C. E. Hyde-Wright+2 more|ArXiv.org|Sep 11, 2006

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 18

ひとこと要約

本論文は、CEBAF 12 GeV電子ビームと偏極水素標的に、深くバケツ型コンプトン散乱（DVCS）における電子ヘリシティ依存断面積の高精度測定を提案している。ホールAの高分解能分光計で散乱電子を検出するとともに、PbF₂キャロリメータで放出された光子を検出し、一般化部分子分布（GPDs）を3%の系統的精度で抽出することを目的としている。これにより、光線速度運動量分率の関数としてクォーク分布の一次元横断的空間的イメージングが可能になる。

ABSTRACT

We propose precision measurements of the helicity-dependent and helicity independent cross sections for the ep->epg reaction in Deeply Virtual Compton Scattering (DVCS) kinematics. DVCS scaling is obtained in the limits Q^2>>Lambda_{QCD}^2, x_Bj fixed, and -Δ^2=-(q-q')^2<2 GeV^2, W>2 GeV, and -Δ^21 GeV^2. We will use our successful technique from the 5.75 GeV Hall A DVCS experiment (E00-110). With polarized 6.6, 8.8, and 11 GeV beams incident on the liquid hydrogen target, we will detect the scattered electron in the Hall A HRS-L spectrometer (maximum central momentum 4.3 GeV/c) and the emitted photon in a slightly expanded PbF_2 calorimeter. In general, we will not detect the recoil proton. The H(e,e'g)X missing mass resolution is sufficient to isolate the exclusive channel with 3% systematic precision.

研究の動機と目的

• 12 GeV CEBAFにおけるDVCS運動学的条件下で、ep → epγ反応のヘリシティ依存およびヘリシティ独立断面積を測定すること。
• 高精度で一般化部分子分布（GPDs）を抽出し、光線速度運動量分率の関数として陽子内クォーク分布の横断的空間的構造をイメージングすること。
• Q²依存解析を通じて、因子化定理を検証し、高次ツイスト寄与（例：ハドロン的光子内容）を定量化すること。
• コンプトン型フォーム因子の実部と虚数部を分離し、虚数部のみで直接測定できない領域におけるGPDへのアクセスを可能にすること。
• 正確なσ_LT、σ_TT、およびσ_LT′断面積の決定を通じて、将来の相対アシンメトリー測定のキャリブレーションを実施すること。

提案手法

• ジェフサント・ラボのホールAで、液体水素標的に6.6、8.8、11 GeVの偏極電子ビームを入射させること。
• 散乱電子をホールAのHRS-L分光計で検出し、最大中央運動量は4.3 GeV/cに制限する。
• 高い密閉性とエネルギー分解能を備えたやや拡張されたPbF₂キャロリメータで放出光子を検出すること。
• 欠落質量再構成を用いて、3%の系統的不確実性で排他的なep → epγチャンネルを明確に分離すること。
• ヘリシティ依存断面積σ_LT、σ_TT、σ_LT′および縦断面積σ_L + σ_T/ε_Lを測定し、コンプトン型フォーム因子の実部と虚数部へのアクセスを可能にすること。
• DGLAP進化を部分子分布に適用し、b → ∞極限における因子化アンザッツを用いてGPDをモデル化し、断面積を予測すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DVCS領域において、Q²およびtの関数としてσ_LT、σ_TT、σ_LT′のヘリシティ依存断面積はどのように変化するか？
• RQ2 DVCS振幅のQ²依存性は何か？ これにより因子化定理の検証と高次ツイスト寄与の定量化が可能になるか？
• RQ3 コンプトン型フォーム因子の実部と虚数部は、光線速度運動量分率の関数として陽子内クォーク分布の空間的分布をどのように制約するか？
• RQ4 固定されたx_BjにおけるDVCS観測量のt依存性から、陽子の横断的プロファイルはどの程度再構成可能か？
• RQ5 測定された観測量はVGGモデルの予測とどの程度一致するか？ これにより10–20%レベルでのモデル不確実性が明らかになるか？

主な発見

• 欠落質量再構成において3%の系統的精度が達成されると予想され、排他的なep → epγチャンネルの明確な分離が可能になる。
• DVCS観測量のQ²依存性により、因子化定理の厳密な検証と、1/Q²またはそれ以上の速度で減少する高次ツイスト寄与の定量化が可能になる。
• 固定されたx_Bjにおける観測量のt依存性は、光線速度運動量分率の関数としてクォーク分布の横断的空間的プロファイルを直接研究する初の試みとなる。
• コンプトン型フォーム因子の実部と虚数部の分離により、虚数部のみで測定可能な領域（x = ±ξ）を超えたGPDへのアクセスが可能になる。
• 測定された断面積σ_L + σ_T/ε_L、σ_LT、σ_TT、σ_LT′は、将来のDVCSにおける相対アシンメトリー測定のキャリブレーションに役立つ。
• 本実験は88日間の生産走行を要すると予想され、PbF₂キャロリメータの光学的硬化に追加で12日間が要する。