[論文レビュー] Radiative effects in scattering of polarized leptons by polarized nucleons and light nuclei

Igor Akushevich, A. Ilyichev+1 more|ArXiv.org|Jun 18, 2001

Dark Matter and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、Bardin-Shumeiko手法を用いて、偏極したレプトン-核子およびレプトン-軽い核子散乱におけるQED、電弱、QCDの放射修正を計算する包括的なフレームワークを提示する。非弾性、半非弾性、微小散乱、弾性過程の明示的かつ共変な公式を導出し、POLRAD 2.0、RADGEN、DIFFRAD、MASCARADといったFORTRANコードを用いて、CERN、DESY、SLAC、TJNAFでの実験で検証された。その結果、主要対数項のキャンセルにより、横断断面積の修正が大きくてもスピン非対称性の修正は小さいことが示された。

ABSTRACT

Recent developments in the field of radiative effects in polarized lepton-nuclear scattering are reviewed. The processes of inclusive, semi-inclusive, diffractive and elastic scattering are considered. The explicit formulae obtained within the covariant approach are discussed. FORTRAN codes POLRAD, RADGEN, HAPRAD, DIFFRAD and MASCARAD created on the basis of the formulae are briefly described. Applications for data analysis of the current experiments on lepton-nuclear scattering at CERN, DESY, SLAC and TJNAF are illustrated by numerical results.

研究の動機と目的

• 高精度なレプトン-核子散乱における実験データから1光子交換の寄与を抽出する課題に、放射効果を補正することで対処すること。
• 人工パラメータを導入しないモデルに依存しないQED放射修正を、Bardin-Shumeiko手法を用いて赤外発散を扱うことで開発すること。
• 非弾性、半非弾性、微小散乱、弾性散乱を含む偏極過程への放射修正計算を拡張し、スピン非対称性および構造関数への応用を目的とすること。
• CERN、DESY、SLAC、TJNAFなどの主要施設における現在および将来の実験で使用可能なリアルタイムデータ処理を目的としたFORTRANコード—POLRAD 2.0、RADGEN、DIFFRAD、MASCARAD—の開発と検証を行うこと。
• 高次の修正（LOおよびNLO）および電弱効果を、特にZボソン交換が顕著になる運動学的端付近で、深く非弾性散乱に推定すること。

提案手法

• Bardin-Shumeiko形式を用いて、ソフト・ハード切断を人工的に導入しないことで、数値的不安定性を回避するQED放射修正を計算する。
• 深く非弾性散乱（DIS）におけるレプトンおよびハドロンの両方のカレントに対する放射修正の明示的共変表現を導出する。スピン依存およびスピン平均の断面積を含む。
• 構造関数法およびComptonテンソル形式を用いて、非偏極および偏極フェルミオンに対する修正を計算し、重い光子の寄与も含む。
• 導出された公式に基づき、放射効果のシミュレーションおよび実験データ解析における反復的放射修正手順を実行可能なFORTRANコード—POLRAD 2.0、RADGEN、DIFFRAD、MASCARAD—を構築する。
• オンマスシェル体系およびt’Hooft-Feynmanゲージ内で電弱修正を組み込み、Z交換効果が無視できない高Q²運動学領域に適用可能である。
• 相対的修正 σ_obs = (1+δ)σ₀ + σ_R を用いて、放射背景を補正することでボーンレベルの観測量を抽出する反復的データ処理を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ソフトおよびハード光子放出に対して人工的なカットオフを導入せずに、偏極レプトン-核子散乱における放射修正をどのように計算できるか？
• RQ2 主対数項のキャンセルが生じる場合、放射修正が非弾性および半非弾性深く非弾性散乱におけるスピン非対称性に与える影響は何か？
• RQ3 特にZボソン交換が顕著になる高Q²運動学領域において、電弱修正、特にZボソン交換がレプトン-核子散乱の観測量に与える影響は何か？
• RQ4 弾性および微小散乱過程において、スピン平均とスピン依存断面積の間で、ハード光子ブレムストラールの寄与はどの程度異なるか？
• RQ5 CERN、DESY、SLAC、TJNAFの実験データから得られるリアルタイムデータに対して、POLRAD や RADGEN といったFORTRANベースのコードをどのように用いて放射効果をシミュレートし補正できるか？

主な発見

• 主対数項の寄与により、非偏極断面積の放射修正は大きくなるが、分子におけるδのキャンセルにより、非対称性への修正は顕著に小さくなる。
• 長軸偏極非対称性ではδ_p > δ_u となり、放射修正が正である。一方、横軸非対称性では逆の挙動を示し、修正構造が異なることが示された。
• FORTRANコードPOLRAD 2.0は、非弾性および半非弾性実験における完全な放射修正手順を可能にし、SLACおよびTJNAFでの数値的結果により検証された。
• POLRAD 2.0から派生したモンテカルロジェネレータRADGEN 1.0は、非弾性DISにおけるイベント単位の放射効果シミュレーションを可能にし、高精度実験のデータ解析を支援する。
• DIFFRADおよびMASCARADコードは、それぞれ微小散乱ベクトルメソン電磁生産および弾性ep散乱における放射修正を効果的に計算でき、DESYおよびTJNAFの実験データで応用が確認された。
• 高Q²領域では電弱修正が無視できないことが判明し、特に運動学的端付近で顕著である。これにより、オンマスシェル体系を用いた高精度解析への組み込みが正当化された。