[論文レビュー] T-odd quark fragmentation function and transverse spin asymmetries in the pion production

K. Suzuki|arXiv (Cornell University)|Feb 21, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、非摂動的最終状態相互作用によって生成されるT奇対称クォークフラグメンテーション関数が、ヌクレオンのチラル奇対称スピン配向分布 $ h_1(x) $ を探査可能であると提唱する。Nambu-Jona-Lasinioモデルを用いた簡易フレームワークを用い、既存の $ \vec{p}+p \to \pi + X $ データにフィットすることで、T奇対称フラグメンテーション関数を推定し、半包含的深エネルギーシステム散乱における横方向スピン非対称性を予測する。主な結果として、パイオン雲効果が $ d $-クォークのスピン配向分布 $ h_1^d(x) $ を約40%抑制し、そのテンソルチャージを減少させるが、軸性チャージはほとんど変化しないことが示された。

ABSTRACT

We study the time-reversal odd quark fragmentation function and its consequences on the hard processes. T-odd quark fragmentation function may arise, although QCD is T-invariant, from the non-perturbative dynamics in the fragmentation process. Assuming the factorization, we extract the T-odd fragmentation function from the inclusive pion production in the transversely polarized proton-proton collision. We then estimate the single spin asymmetry $A_{OT}$ of the semi-inclusive deep inelastic scattering with unpolarized lepton and the transversely polarized proton. We also discuss the meson cloud effects on the transversity distribution $h_1(x)$ of the nucleon. Asymmetry for the $π^-$ production is found to be much smaller than the naive expectation, since the $d$-quark transversity is considerably suppressed by the pion cloud effects

研究の動機と目的

• T奇対称クォークフラグメンテーション関数と、深エネルギーシステム散乱では入手できないチラル奇対称スピン配向分布 $ h_1(x) $ の間の関係を確立すること。
• 既存の $ \vec{p}+p \to \pi + X $ 衝突における横方向スピン非対称性データから、T奇対称フラグメンテーション関数を抽出すること。
• 将来の実験的検証のため、横方向にスピン極化されたプロトンに対する半包含的深エネルギーシステム散乱におけるスピン非対称性を予測すること。
• メソン雲フォック成分が、特に $ d $-クォークに対して、スピン配向分布 $ h_1(x) $ をどのように変化させるかを調査すること。
• 非対称性比 $ \pi^+ $/$ \pi^- $ がT奇対称フラグメンテーション関数の不確実性をキャンセルできることを示し、$ h_1^u(x)/h_1^d(x) $ の明確な抽出を可能にすること。

提案手法

• 非摂動的クォークハドロン化を模倣するために、Nambu-Jona-Lasinioフレームワークに基づく簡易モデルが用いられ、T奇対称フラグメンテーション関数を生成するための有効な4クォーク相互作用を組み込む。
• T奇対称フラグメンテーション関数 $ H_1^{\perp}(z,k_\perp,s_\perp) $ は、$ \gamma^+ \gamma^5 \gamma_\perp \cdot s_\perp $ を含む行列要素から導出され、クォークスピンの横方向依存性を記述する。
• フラグメンテーション関数は、$ \vec{p}+p \to \pi^a + X $ における実験的分析力にフィットすることで抽出され、因子化を仮定し、$ \vec{p}+p $ データを入力として用いる。
• 無限大の運動量フレームにおける摂動的時系列図を用いて、ヌクレオンからヌクレオン＋メソンのフォック状態遷移を記述するメソン・バリオン分裂関数 $ P(y)_{N\pi} $、$ \delta P_{N\pi}(y) $、および $ \sigma P_{N\pi}(y) $ を計算する。
• スピン依存成分を計算するために、軸ベクトル型パイオン-ヌクレオン結合を用い、分裂関数を介してパイオン雲寄与を含めることで、スピン配向分布 $ h_1(x) $ を修正する。
• 半包含的DISにおける比 $ A_{OT}^+ / A_{OT}^- $ は、T奇対称フラグメンテーション関数の依存性をキャンセルするように導出され、$ h_1^u(x)/h_1^d(x) $ への直接的なアクセスを可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 既存の $ \vec{p}+p \to \pi + X $ データからT奇対称クォークフラグメンテーション関数を抽出可能か？また、それらはスピン配向分布にどのような含意を持つのか？
• RQ2 メソン雲フォック成分は、特に $ d $-クォークに対してスピン配向分布 $ h_1(x) $ をどのように変化させるか？
• RQ3 横方向にスピン極化されたプロトンに対する半包含的DISにおけるスピン非対称性の予測される大きさはどの程度か？
• RQ4 $ \pi^+ $ と $ \pi^- $ の非対称性比は、T奇対称フラグメンテーション関数の不確実性を排除できるか？
• RQ5 パイオン雲は、その軸性チャージに対して比較して、$ d $-クォークのテンソルチャージをどの程度抑制するか？

主な発見

• T奇対称クォークフラグメンテーション関数 $ H_1^{\perp} $ は、ハドロン化過程における非摂動的最終状態相互作用によって生成され、時間反転奇対称位相差と整合的である。
• パイオン雲効果により、$ d $-クォークのスピン配向分布 $ h_1^d(x) $ は約40%抑制され、一方で軸性チャージ $ g_1^d(x) $ はほとんど変化しない。
• 分裂関数の関係式 $ P(y)_{N\pi} + \delta P_{N\pi}(y) = 2\sigma P_{N\pi}(y) $ は、特に小さな $ x $ において $ h_1^d(x) $ が $ g_1^d(x) $ よりも強く抑制されることを示している。
• 半包含的DISにおける比 $ A_{OT}^+ / A_{OT}^- $ は、T奇対称フラグメンテーション関数の依存性をキャンセルし、フラグメンテーション関数の不確実性なしに $ h_1^u(x)/h_1^d(x) $ への直接的なアクセスを可能にする。
• $ \pi^- $ の単一スピン非対称性 $ A_{OT}^{-} $ は $ A_{OT}^+ $ より顕著に抑制されており、メソン雲モデルの明確な実験的検証を可能にする。
• パイオン雲による $ h_1^d(x) $ の抑制により、小さな $ x $ における $ h_1^u(x)/h_1^d(x) $ の比が小さくなるというモデルの予測は、テンソルチャージに関するLattice QCDの結果と整合的である。