[論文レビュー] Single-Spin Beam Asymmetry in Semi-Exclusive Deep-Inelastic Electroproduction

Andrei Afanasev, C. E. Carlson|ArXiv.org|Aug 15, 2003

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 3被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、最終状態のグルーオン交換によって、縦方向と横方向の光吸収振幅の間に位相差を生じさせる動的モデルを提案し、半排他的深い弾性散乱における単一スピンビーム非対称性（SSA）を説明する。このモデルは、ジェファーソンラボおよびCLASのデータと整合するビームSSAを予測し、コヒーレントなクォークの軌道的角運動量（OAM）と「光子Sivers効果」に起因するとするが、コリンズの断片化関数に依存しない。

ABSTRACT

Recent measurements from Jefferson Lab show significant beam single spin asymmetries in deep inelastic scattering. The asymmetry is due to interference of longitudinal and transverse photoabsorption amplitudes which have different phases induced by the final-state interaction between the struck quark and the target spectators. We developed a dynamical model for a single-spin beam asymmetry in deep-inelastic scattering. Our results are consistent with the experimentally observed magnitude of this effect. We conclude that similar mechanisms involving quark orbital angular momentum (`Sivers effect') are responsible for both target and beam single-spin asymmetries.

研究の動機と目的

• ジェファーソンラボおよびCLASで観測された半排他的深いついこ散乱における実験的単一スピンビーム非対称性を説明すること。
• クォークの軌道的角運動量（OAM）および最終状態相互作用が、時間反転奇性の断片化関数に依存せずにビームSSAを生成できるかどうかを調査すること。
• 標的の単一スピン非対称性に用いられるメカニズムを、偏光した電子ビームの状況に拡張すること。
• OAMおよびグルーオン交換を含む同一の動的メカニズムが、標的とビームの両方のSSAを説明する可能性があるという仮説を検証すること。
• 実験的運動量空間およびデータと整合する、フェノメノロジカルに一貫したtwist-3解釈を提供すること。

提案手法

• スピン1/2のクォークとスピン0のダイクォークを用いたプロトンの構成クォーク-ダイクォークモデルを用いて、核子の構造を記述する。
• 一次元のフェルミ図（図1a）と、最終状態のグルーオン交換を含む一階上位のループ補正（図1b）を用いて散乱振幅を計算する。
• カツコフスキー則を適用し、ループ振幅の吸収的成分を計算し、4次元積分を2次元の角度積分に簡略化する。
• 最終状態のグルーオン交換によって異なる位相をとる縦方向および横方向の仮想光子振幅の干渉を評価する。
• ライトコンエージェーを適用し、結果がゲージ不変であり、赤外発散が観測量レベルでキャンセルされることを確認する。
• ビーム非対称性 $A_{LU}^{\sin\phi}$ を、$r_T / \sqrt{Q^2}$ に比例することを導出し、twist-3起源を示している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最終状態のグルーオン交換に基づく動的モデルは、深いついこ散乱における観測された単一スピンビーム非対称性の大きさを説明できるか？
• RQ2 初期状態のクォークの軌道的角運動量（OAM）が、標的SSAと同様にビームSSAを生成する要因であるか？
• RQ3 モデルが示唆するように、コリンズの断片化関数に依存せずに、ビーム非対称性が生じるか？
• RQ4 ビーム非対称性は、Bjorken $x_{Bj}$、ビームエネルギー、および横運動量 $r_T$ といった運動量変数にどのように依存するか？
• RQ5 標的SSAを説明するのと同じメカニズムが、ビームSSAを説明できるか。これは、両者においてSivers効果が普遍的役割を果たすという仮説を支持するか？

主な発見

• モデルは、4.25および6 GeVのビームエネルギーにおける $p(\vec{e},e'\pi^+)X$ のCLASおよびジェファーソンラボの実験データと整合するビーム単一スピン非対称性 $A_{LU}^{\sin\phi}$ を予測する。
• 非対称性は $r_T / \sqrt{Q^2}$ に比例しており、これはtwist-3起源を確認し、$Q^2$ が高くなると観測される抑制を説明する。
• 6 GeVのビームエネルギーおよび固定された $y=0.7$ の条件下で、モデルは $x_{Bj}$ にほぼ依存しない約 +0.08 のビームSSAを予測し、実験データと一致する。
• モデルは $x_{Bj} \approx 0.5$ の周辺で非対称性の符号反転を予測しており、これはまだ実験でカバーされていない領域であり、検証可能な予測を提供する。
• ループ振幅における赤外発散が、観測量レベルで正確にキャンセルされ、カットオフや実際の放射補正の必要なく、赤外安全であることが保証される。
• このメカニズムはSivers効果に類似しているが、クォーク分布ではなく仮想光子に適用されるため、『光子Sivers効果』がビームSSAの背後にある根本的要因であると示唆する。