[論文レビュー] Spin asymmetry for proton-deuteron Drell-Yan process with tensor-polarized deuteron

S. Kumano, Qin-Tao Song|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、HERMES $b_1$ データに適合するテンソル極化部分素粒子分布関数（PDF）のパラメータ化を用いて、陽子-重水素核Drell-Yan過程におけるテンソル極化スピン非対称性を理論的に計算している。非対称性は数パーセントのオーダーであり、フェルミラブ-E1039実験がテンソル極化した反クォーク分布を調べられることを示しており、これはHERMESデータと従来のモデルとの乖離を解消する上で不可欠である。

ABSTRACT

Tensor structure of the deuteron can be studied by deep inelastic scattering and Drell-Yan process to understand it in terms of quark and gluon degrees of freedom. It probes interesting features in the deuteron including a D-wave contribution. In the charged-lepton DIS, twist-two structure functions $b_1$ and $b_2$ are expressed by tensor-polarized parton distribution functions (PDFs). We note that the HERMES experimental measurement of $b_1$ seems to be much different from a conventional theoretical prediction. This puzzling situation should be significantly improved in the near future by an approved experiment to measure $b_1$ at JLab. On the other hand, the tensor-polarized PDFs, especially antiquark distributions, could be measured by spin asymmetries in the Drell-Yan process with a tensor-polarized deuteron at Fermilab. In this work, we estimate tensor-polarization asymmetries for the Fermilab Drell-Yan experiment by using a parametrization for the tensor-polarized PDFs to explain the HERMES $b_1$ data. Obtained spin asymmetries are typically a few percent order and they could be measured by the Fermilab-E1039 experiment. Since the tensor-polarized antiquark distributions will play an important role to solve the puzzle, further theoretical and experimental efforts are needed toward the Drell-Yan experiment at Fermilab and other hadron facilities.

研究の動機と目的

• フェルミラブ-E1039実験のための陽子-重水素核Drell-Yan過程におけるテンソル極化スピン非対称性の理論的推定を提供すること。
• HERMESによる重水素核のテンソル構造関数 $b_1$ の測定値が理論的予測よりも顕著に大きいという長年の謎を解明すること。
• テンソル極化反クォーク分布が $b_1$ の乖離を解消する役割を果たすかを調査すること。
• Drell-Yan過程を用いたテンソル極化PDF、特に反クォーク分布の測定可能性を示すこと。

提案手法

• HERMES $b_1$ データを再現するテンソル極化PDFのパラメータ化を用いる。このパラメータ化には有限のテンソル極化反クォーク分布が含まれる。
• 部分素粒子模型を用いて、これらのPDFを用いてDrell-Yan断面積を計算し、スピン非対称性を $A_Q(x_1,x_2) = \frac{\sigma^\uparrow - \sigma^\downarrow}{\sigma^\uparrow + \sigma^\downarrow}$ として定義する。
• PDFの $Q^2$ 進化は、初期スケール $Q_0^2 = 2.5$ GeV$^2$ から始めるDGLAP方程式を用いて行う。
• PDFパラメータ化を2セット用いる：セット1は初期のテンソル極化反クォーク分布をゼロと仮定し、セット2はHERMESデータに適合する有限値を含む。
• フェルミラブ実験に代表される典型的な運動量分率 $x_1 = 0.2, 0.4, 0.6$ およびエネルギースケール $Q^2 = 30$ GeV$^2$ でスピン非対称性を評価する。
• 不確実性を評価するために、ヘシアン法を用いて誤差帯を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フェルミラブのテンソル極化重水素核標的に、Drell-Yan過程を用いてテンソル極化部分素粒子分布を調べられるか？
• RQ2 現実的なテンソル極化PDFパラメータ化に基づく陽子-重水素核Drell-Yan過程におけるスピン非対称性の大きさはどの程度か？
• RQ3 Drell-Yan非対称性は、特に小 $x_2$ 領域におけるテンソル極化反クォーク分布にどの程度敏感か？
• RQ4 $Q^2$ 進化効果が初期にゼロであったテンソル極化グルーオン分布をどの程度生成するか？
• RQ5 フェルミラブ-E1039実験は、有限のテンソル極化反クォーク分布を含むモデルと含まないモデルを区別できるか？

主な発見

• 計算されたスピン非対称性 $A_Q(x_1,x_2)$ は数パーセントのオーダーであり、フェルミラブ-E1039実験で測定可能である。
• 非対称性は小 $x_2$ 領域におけるテンソル極化反クォーク分布に最も敏感であり、この領域でセット1とセット2の予測差が最大になる。
• 初期にテンソル極化反クォーク分布がゼロであっても、DGLAP進化により有限のテンソル極化グルーオン分布が生成される。
• HERMES $b_1$ データに適合する有限のテンソル極化反クォーク分布を含むセット2パラメータ化は、より信頼性の高い非対称性推定をもたらす。
• 誤差帯を考慮しても非対称性は著しくゼロから逸脱しており、実験的検出に明確な信号であることが示された。
• 結果は、テンソル極化重水素核を用いたDrell-Yan過程が、特にテンソル極化反クォークの役割を調べる強力なツールであることを裏付けている。