[論文レビュー] Transverse spin azimuthal asymmetries in SIDIS at COMPASS: Multidimensional analysis

B. Parsamyan|arXiv (Cornell University)|Apr 7, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、2010年のCOMPASSデータを用いて、半包含的深エネルギーシンチルスキャッタリング（SIDIS）における横スピン方位的非対称性の最初の多次元抽出を提示する。$x$、$Q^2$、$z$、$p_T$ への依存性を分析した。主な結果として、Sivers、Collins、$A_{LT}^{\text{cos}(\theta)}$、$A_{UT}^{\text{sin}(\theta_S)}$ 非対称性に非ゼロの信号が観測され、SiversおよびCollins効果において$Q^2$-依存性が確認された。これはTMD進化研究に重要な入力となる。

ABSTRACT

COMPASS is a high-energy physics experiment operating at the SPS at CERN. Wide physics program of the experiment comprises study of hadron structure and spectroscopy with high energy muon and hadrons beams. As for the muon-program, one of the important objectives of the COMPASS experiment is the exploration of the transverse spin structure of the nucleon via spin (in)dependent azimuthal asymmetries in single-hadron production in deep inelastic scattering of polarized leptons off transversely polarized target. For this purpose a series of measurements were made in COMPASS, using 160 GeV/c longitudinally polarized muon beam and transversely polarized $^{6}LiD$ (in 2002, 2003 and 2004) and $NH_{3}$ (in 2007 and 2010) targets. The experimental results obtained by COMPASS for unpolarized target azimuthal asymmetries, Sivers and Collins effects and other azimuthal observables play an important role in the general understanding of the three-dimensional nature of the nucleon. Giving access to the entire "twsit-2" set of transverse momentum dependent parton distribution functions and fragmentation functions COMPASS data triggers constant theoretical interest and is being widely used in phenomenological analyses and global data fits. In this review main focus is given to the very recent results obtained by the COMPASS collaboration from first ever multi-dimensional extraction of transverse spin asymmetries.

研究の動機と目的

• COMPASSデータを用いたSIDISにおける横スピン方位的非対称性（TSA）の最初の多次元抽出を実行すること。
• Nucleon構造の理解を深めるために、TSAの$x$-$Q^2$-$z$-$p_T$フェーズスペース全領域への依存性を調査すること。
• TMD進化方程式の検証のための入力として、TSAの$Q^2$-依存性を抽出すること。
• 高次数および一次次数の横スピン非対称性、特にSivers、Collins、および$A_{LT}^{\text{cos}(\theta)}$ 効果を測定すること。
• 高統計のCOMPASSデータを用いて、高次数非対称性の理論的予測を検証すること。

提案手法

• 160 GeV/cのミューオンビームと横方向に極化した$^6$LiDおよび$NH_3$標的に基づくSIDISデータの多重微分的解析。
• 3次元（$x$-$Q^2$-$z$、$x$-$z$-$p_T$など）および4次元グリッドにおける複数の運動量領域で、8つのTSAを体系的に抽出。
• モデルに依存しない断面積式（式1）を用いて、$\text{cos}(\theta)$、$\text{sin}(\theta)$、$\text{sin}(3\theta - \theta_S)$ に依存する調制項に非対称性を分解。
• Wandzura-Wilczek近似を適用して、高次数TMDを一次次数レベルに簡略化し、物性的解釈を可能にする。
• $z$-$p_T$ 7×6ビンおよび複数の$x$-ビンにおける非対称性の統計的抽出により、多次元的依存性を解明。
• $A_{LT}^{\text{cos}(\theta)}$ の結果をKotzinianら（2006年）の理論的予測と比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SiversおよびCollins非対称性の$Q^2$-依存性は、多次元的運動量空間でどのように現れるか？
• RQ2 横スピン非対称性は、異なる$x$、$z$、$p_T$ ビンでどのように変化するか？
• RQ3 $A_{UT}^{\text{sin}(\theta_S)}$ 非対称性は非ゼロか？その$z$-依存性は高次数TMDに何を示唆するか？
• RQ4 $A_{LT}^{\text{cos}(\theta)}$ 雙スピン非対称性は非ゼロの信号を示すか？理論的期待値と比較するとどうなるか？
• RQ5 残りの4つのTSAはゼロと整合的か？現在の高次数予測と一致するか？

主な発見

• Sivers非対称性は、正のハドロンに対して顕著な信号を示し、$p_T$ が増加するにつれて増大し、大$z$領域で$Q^2$-依存性の兆候を示している。
• Collins非対称性は、正および負のハドロンで明確な鏡像的挙動を示し、$z$ および $p_T$ が増加するにつれてその大きさが増大している。
• $A_{UT}^{\text{sin}(\theta_S)}$ 非対称性は非ゼロであり、大$z$領域で有意に高く、高次数効果が測定可能であることを示している。
• $A_{LT}^{\text{cos}(\theta)}$ 双スピン非対称性は、非ゼロである唯一のDSAとして観測され、Kotzinian ら（2006年）の理論的予測とデータが整合している。
• 残りの4つの非対称性（$A_{UT}^{\text{sin}(2\theta_h - \theta_S)}$、$A_{UT}^{\text{sin}(3\theta_h - \theta_S)}$、$A_{LT}^{\text{cos}(\theta_S)}$、$A_{LT}^{\text{cos}(2\theta_h - \theta_S)}$）は、統計的精度内でゼロと整合的である。
• 多次元的解析により、SiversおよびCollins効果に非自明な$x$-および$Q^2$-依存性が明らかになり、TMD進化研究に直接的な入力が得られた。