[論文レビュー] Polarized secondary particles in unpolarized high energy hadron-hadron collisions?

S. A. Voloshin|ArXiv.org|Oct 21, 2004

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 45

ひとこと要約

本論文は、非極化高エネルギー陽子-陽子衝突における軌道的角運動量がスピン-軌道結合を介して二次粒子のスピン角運動量に変換可能であり、中間ラピディティ（$x_F=0$）および低横運動量で非ゼロのハイパーロン極化を引き起こす可能性を提案している。この効果は、初期の軌道的角運動量で定義される反応平面と粒子生成平面との相関に起因し、$p+p$ 衝突における方向的および楕円的流れのメカニズムを提供する可能性があり、RHICで観測された強い楕円的流れを説明する手がかりを与える。

ABSTRACT

In this short note I speculate on some consequences of the high energy collision picture in which the orbital angular momentum of the colliding hadrons can be converted into secondary particle angular spin momentum via some spin-orbital interaction. In particular I discuss a possibility to observe a non-zero polarization of secondary particles (e.g. hyperons) at midrapidity ($x_F=0$) and at low transverse momentum. I also speculate that such effects could contribute to the produced particle directed and elliptic flow observed in relativistic nuclear collisions.

研究の動機と目的

• 非極化ハドロン-ハドロン衝突における軌道的角運動量からスピン角運動量への変換が二次粒子の極化を引き起こす可能性を調査すること。
• 初期ビーム極化を必要としない中間ラピディティおよび低 $p_T$ での観測されたハイパーロン極化を説明すること。
• $p+p$ 衝突および $A+A$ 衝突における単一スピン非対称性および方向的・楕円的流れを、同一の基本的スピン-軌道結合メカニズムに関連付けること。
• ハイパーロン極化が系の軌道的角運動量と一致することで、パリティ破れ探索における混乱を引き起こす可能性を扱うこと。

提案手法

• 衝突するハドロンの初期軌道的角運動量によって定義される反応平面を導入し、非中央核子衝突に類似させる。
• スピン-軌道結合が軌道的角運動量をスピンに転送すると仮定し、この反応平面に対する粒子生成および極化をモデル化する。
• 前方ラピディティ領域の粒子の方位分布を用いて、初期の軌道的角運動量の方向を推定する。
• 横運動量効果に起因する生成平面と反応平面とのずれに起因する、観測されたハイパーロン極化の方向性を関連付ける。
• ベクトル励起状態（例：$\rho$）の崩壊角度分布を分析し、励起状態の静止系において $\propto \cos(2\phi)$ の依存性を介して楕円的流れと結びつける。
• パリティ破れ崩壊効果が、相関したハイパーロン極化により真のパリティ破れ信号を隠す可能性を考慮する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非極化 $p+p$ 衝突における軌道的角運動量は、中間ラピディティで測定可能なハイパーロン極化を引き起こすか？
• RQ2 観測された $x_F$ および $p_T$ 依存性が、生成平面と反応平面とのずれに起因するものであるのか、それとも内在的な極化損失に起因するものであるのか、その程度はいかほどか？
• RQ3 基本的 $p+p$ 衝突におけるスピン-軌道結合は、$A+A$ 衝突で観測された方向的および楕円的流れを説明できるか？
• RQ4 ハイパーロン極化が系の軌道的角運動量と一致することで、重イオン衝突におけるパリティ破れ探索にどのような影響を与えるか？

主な発見

• スピン-軌道結合のおかげで、非極化 $p+p$ 衝突において中間ラピディティ（$x_F=0$）および低横運動量で非ゼロのハイパーロン極化が予測される。
• 観測された $x_F$ および $p_T$ 依存性は、生成平面と反応平面（初期軌道的角運動量で定義）との相関の低下に起因するものであり、内在的な極化損失とは無関係である。
• 中間ラピディティで生成されたベクトル励起状態は初期の軌道的角運動量とスピンを整列させ、その崩壊生成物において $\propto \cos(2\phi)$ の角度分布を示し、楕円的流れに寄与する。
• このメカニズムは、特に他のモデルが失敗する $p_T \sim 3$ GeV/c 付近で観測された強い楕円的流れを説明できる可能性がある。
• ハイパーロン極化が系の軌道的角運動量と一致することで、$A+A$ 衝突における真のパリティ破れ信号が、軌道的角運動量の方向に沿った優先的放出によって隠される可能性がある。
• 前方ラピディティ領域の粒子の方位分布を用いたイベントごとの解析により、反応平面を再構築し、真の極化信号を分離できる。