[論文レビュー] Spin Physics with COMPASS

Gerhard K. Mallot|ArXiv.org|Nov 20, 1996

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、陽子内のグルーオンスピン分率をΔ(Δg/g) = 0.1の精度で測定することを目的としたCERNにおけるCOMPASS実験を提案している。開いたcharmクォークのミュオン産生を用いて光子-グルーオン融合過程をタグし、偏極したヌクレオン標的に対する高エネルギーミュオン散乱を通じて、グルーオンスピン寄与を間接的に抽出する。

ABSTRACT

The recently proposed COMPASS experiment at CERN attempts a measurement of the gluon polarisation with a precision of delta(Delta g/g) = 0.1. The experiment uses open charm muoproduction to tag the photon-gluon fusion process.

研究の動機と目的

• Δ(Δg/g) = 0.1の解像度を標榜する高精度で陽子内のグルーオンスピン分率を測定すること。
• グルーオンが陽子スピンに寄与する割合を特定することで、長年の陽子スピンパズルの問題を解明すること。
• 高エネルギーミュオン散乱を用いて、光子-グルーオン融合過程をグルーオンスピン構造のプローブとして利用すること。
• 深い非弾性散乱における開いたcharm生成を用いてグルーオンスピン分率をタグする手法を開発すること。
• 将来の高エネルギー衝突型スピン物理学実験のための現象論的に頑健なフレームワークを提供すること。

提案手法

• 偏極したヌクレオン標的に対する深く非弾性散乱を誘発するために高エネルギーミュオンビームを用いる。
• 仮想光子とグルーオンの融合が起こったイベントを特定するため、開いたcharm最終状態（D*±メソン）を検出する。
• 運動量再構成を適用して、背景過程から光子-グルーオン融合過程を分離する。
• charmハドロン生成の高い統計とクリアなシグナルを活用して、信号対背景比を向上させる。
• 光子-グルーオン融合断面積の理論的モデリングを適用し、グルーオンスピン分率を抽出する。
• CERN SPSの高いフルエンスおよび偏極ビーム/標的の能力を活用して、必要な精度を達成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 開いたcharmミュオン産生を用いることで、Δ(Δg/g) = 0.1の精度で陽子内のグルーオンスピン分率を測定できるか？
• RQ2 ミュオン-charm生成における光子-グルーオン融合過程が、グルーオンスピンに寄与するプローブとしてどれほどクリアに機能するか？
• RQ3 ミュオン散乱における光子-グルーオン融合のシグナルを、他のQCD過程からどのように分離・識別できるか？
• RQ4 COMPASS実験が中程度のx値におけるグルーオンスピン分布に対して期待される感度はどの程度か？
• RQ5 測定されたcharm生成率を用いて、高い信頼性で偏極グルーオン分布関数Δg(x)を抽出できるか？

主な発見

• COMPASS実験は、陽子内のグルーオンスピン分率をΔ(Δg/g) = 0.1の精度で測定することを設計している。
• 開いたcharmミュオン産生は、光子-グルーオン融合過程をタグするクリアな実験的シグナルを提供する。
• この手法は、D*±メソンの高質量・高多重度最終状態に依存し、背景過程からの信号分離を可能にする。
• 理論的モデリングにより、測定されたcharm生成非対称性からΔg/gを抽出することが可能であると裏付けられている。
• 実験は、グルーオン寄与を定量的に特定することで、陽子スピンパズルを解明するための重要なデータを提供すると予想される。
• 提案された手法は、他の手法が感度を欠く中程度のBjorken-x値領域におけるグルーオンスピン分率の測定に実用的な道筋を提供する。