[論文レビュー] Theoretical Update of Twist-3 Single-Spin Asymmetry in Semi-Inclusive DIS

Y. Koike, Kazuhiro Tanaka|ArXiv.org|Jul 16, 2009

Advanced MRI Techniques and Applications被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、横方向にスピンした nucleon におけるクォーク-グルーオン相関を含む、半包含型深エネルギーシンチレーション散乱（SIDIS）における twist-3 単一スピン非対称性（SSA）の完全な理論的更新を提供する。新規のパートオン的過程を組み込み、大スピン横方向運動量 $P_{h\perp}$ における全アゼノス構造関数を導出。ハードポール（HP）からの新規寄与を明らかにし、先行研究を超えた因子化フレームワークを完成させる。

ABSTRACT

We discuss the single-spin asymmetry in semi-inclusive DIS, $e p^\uparrow o e πX$, based on the twist-3 mechanism in the collinear factorization relevant for the pion production with the large transverse-momentum. This updates our previous study by including, in particular, the contributions induced by the novel partonic subprocesses, and allows us to derive the entire formula for the corresponding single-spin asymmetry associated with a complete set of the twist-3 quark-gluon correlation functions in the transversely polarized nucleon. We discuss the correspondence with the results obtained by the transverse-momentum-dependent factorization relevant for the pion production with the low transverse-momentum.

研究の動機と目的

• 大スピン横方向運動量 $P_{h\perp}$ における半包含型ディールインパルス散乱（SIDIS）における twist-3 単一スピン非対称性（SSA）の理論的枠組みを完成させること。
• nucleon 内のクォーク-グルーオン相関と非最小的 Fock 状態を含む、これまで考慮されていなかった新規のパートオン的過程を組み込むこと。
• SSA 戦闘断面積における全 5 種のアゼノス構造関数を導出すること。ハードポール（HP）、ソフトグルーオンポール（SGP）、ソフトフェルミオンポール（SFP）の寄与を含むこと。
• 小 $q_T$ における横運動量依存性（TMD）因子化フレームワークにおいて、twist-3 機序と Sivers 効果との関係を明確にすること。
• 構造関数の小 $q_T$ におけるべき乗則的振る舞いを確立し、SGP および HP 機序による主な寄与を特定すること。

提案手法

• 光線上の非局所的クォーク-グルーオン相関演算子を用いて、共線フレームワークにおける SIDIS 戦闘断面積の完全な twist-3 因子化公式を導出する。
• 2 つの独立した twist-3 クォーク-グルーオン相関関数 $G_F(x_1,x_2)$ と $\widetilde{G}_F(x_1,x_2)$ を、nucleon 行列要素におけるローレンツ構造の係数として導入する。
• すべての関連する過程におけるパートオン的ハード部分を計算。TMD 因子化に存在しない新規の $q\bar{q}$-最終状態図を含み、twist-3 階層でのゲージ不変性を保証する。
• $(k^2 + i\varepsilon)^{-1}$ 伝播関数を用いて、ハード散乱振幅における極構造（SGP、SFP、HP）を分析。干渉における虚数位相の生成役割を特定する。
• 全 twist-3 分布を用いて、5 つの独立したアゼノス構造関数 $F^{\sin(\phi_h - \phi_S)}$、$F^{\sin(2\phi_h - \phi_S)}$ などへの戦闘断面積の再表現を行う。
• 小 $q_T$ における構造関数の漸近的解析を行い、べき乗則的振る舞い $\sim 1/q_T^3$、$\sim 1/q_T^2$、$\sim 1/q_T$ を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大 $P_{h\perp}$ における SIDIS における twist-3 単一スピン非対称性の完全な寄与は何か。特に $qg$ 最終状態を超える新規のパートオン的過程を含む。
• RQ2 ハードポール（HP）、ソフトグルーオンポール（SGP）、ソフトフェルミオンポール（SFP）の寄与が、小 $q_T$ におけるアゼノス構造関数のべき乗則的振る舞いにどのように影響するか。
• RQ3 新たに同定された $q\bar{q}$-最終状態過程が、twist-3 SSA 機序において果たす役割は何か。TMD 因子化効果とはどのように異なるか。
• RQ4 新規の HP 寄与が、小 $q_T$ における twist-3 SSA と Sivers 効果との関係をどの程度変更するか。
• RQ5 小 $q_T$ 範囲において、構造関数は $q_T$ に対してどのようにスケーリングするか。各構造関数において、どの極寄与が支配的か。

主な発見

• SSA 戦闘断面積における全 5 種のアゼノス構造関数が導出され、新規の $q\bar{q}$-最終状態過程と既知の $qg$-最終状態図の寄与を含む。
• 構造関数 $F^{\sin(\phi_h - \phi_S)}$ は小 $q_T$ で $\sim 1/q_T^3$ に比例し、主にソフトグルーオンポール（SGP）とハードポール（HP）の寄与によって支配される。
• 構造関数 $F^{\sin(2\phi_h - \phi_S)}$ および $F^{\sin\phi_S}$ は $\sim 1/q_T^2$ に比例し、SGP および HP 機序からの寄与がある。
• 構造関数 $F^{\sin(3\phi_h - \phi_S)}$ および $F^{\sin(\phi_h + \phi_S)}$ は $\sim 1/q_T$ に比例し、HP 寄与は $F^{\sin(3\phi_h - \phi_S)}$ を除き無視できない。
• $F^{\sin(\phi_h - \phi_S)}$ の $\sim 1/q_T^3$ 項は、TMD 因子化における Sivers 効果の高 $q_T$ 振る舞いと一致し、新規の HP 寄与を含むことで確認された。
• twist-3 機序は、観測されない最終状態の相互作用のキャンセルにより、包含的 DIS では消える。これにより、半包含的過程における排他的性が確認される。