[論文レビュー] Seeking Partonic Pictures of Proton Spin

Xiangdong Ji, Xiaonu Xiong+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、排他的なハード過程における一般化パートン分布（GPDs）を用いて、陽子スピンの偏光和則を導出する。横方向に偏光した陽子に対しては、一次元のGPDsから和則を確立する。縦方向に偏光した陽子に対しては、クォーク・グルーオンのヘリシティと軌道的角運動量（OAM）にスピンを分解し、後者を測定可能な準位上位のGPDsおよび位相空間におけるウィグナー分布と結びつける。

ABSTRACT

We present a systematic study of the proton spin structure in terms of measurable parton distributions. For a transversely-polarizedproton, we derive a polarization sum rule from the leading generalized parton distributions appearing in hard exclusive processes. For a longitudinally-polarized proton, we obtain a helicity decomposition from well-known quark and gluon helicity distributions and orbital angular-momentum contributions. The latter is shown to be related to measurable subleading generalized parton distributions and quantum-phase space Wigner distributions.

研究の動機と目的

• 測定可能なパートン分布の観点から陽子スピンを体系的に理解するためのフレームワークを構築すること。
• 排他的ハード散乱過程における一次元一般化パートン分布（GPDs）を用いて、横方向に偏光した陽子の偏光和則を導出すること。
• クォークおよびグルーオンのヘリシティと軌道的角運動量の寄与を組み込むことで、縦方向に偏光した陽子のヘリシティ分解を提供すること。
• 軌道的角運動量成分を測定可能な準位上位のGPDsおよび量子位相空間におけるウィグナー分布と結びつけること。
• 理論的スピン分解とハード過程における実験的に測定可能な観測量との間の橋渡しをすること。

提案手法

• 排他的ハード散乱過程における一次元一般化パートン分布（GPDs）から、横方向に偏光した陽子の偏光和則を導出する。
• 既知のクォークおよびグルーオンのヘリシティ分布を用いて、縦方向に偏光した陽子に対する確立されたヘリシティ分解を適用する。
• 軌道的角運動量（OAM）寄与をスピン和則の主要な要素として導入し、準位上位のGPDsと結びつける。
• 量子位相空間におけるウィグナー分布を用いて、OAM寄与を測定可能な形で表現する。
• 一般化パートン分布（GPDs）の形式的枠組みとその進化を用い、スピン構造と観測可能な行列要素との間の接続を確立する。
• 準位上位のGPDsと位相空間分布の使用を通じて、OAM項と測定可能な量との間の接続を確立する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一次元一般化パートン分布を用いて、横方向に偏光した陽子のスピンをどのように体系的に分解できるか？
• RQ2 縦方向に偏光した陽子のスピンにおける軌道的角運動量（OAM）の役割は何か。また、それが測定可能なパートン分布とどのように関係するか？
• RQ3 準位上位の一般化パートン分布（GPDs）は、陽子スピン構造における軌道的角運動量寄与とどのように関連しているか？
• RQ4 量子位相空間におけるウィグナー分布は、陽子内における軌道的運動をどのように測定可能な形で表現するか？
• RQ5 GPD形式的枠組みを用いて、全陽子スピン和則を実験的に測定可能なパートン分布の形で表現できるか？

主な発見

• 横方向に偏光した陽子の偏光和則が、排他的ハード過程における一次元一般化パートン分布（GPDs）から直接導出された。
• 縦方向に偏光した陽子に対しては、クォークおよびグルーオンのヘリシティ分布と、明確に分離された軌道的角運動量（OAM）寄与を含むスピン分解が得られた。
• OAM寄与が測定可能な準位上位の一般化パートン分布（GPDs）と関係していることが示された。
• OAM項はさらに、量子位相空間におけるウィグナー分布と結びつけられ、軌道運動の位相空間的表現が得られた。
• 形式的枠組みにより、理論的スピン分解と実験的に測定可能な観測量との間の直接的な接続が確立された。
• 本研究は、全陽子スピンの成分（ヘリシティおよびOAM）が、すべて測定可能なパートン分布の形で表現可能であるフレームワークを提供した。