[論文レビュー] Transversity and Lambda polarization

M. Anselmino|ArXiv.org|Feb 2, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、未測定のトランスバースィティ・クォーク分布関数 $h_1$ をアクセスするため、COMPASSで実施される半包含的深エネルギーシュリンク散乱（SIDIS）および偏光した陽子-陽子衝突を提案する。SIDISにおいて、横方向に偏光した陽子を用い、$Λ$ ハイパーバリオンの横方向偏光を測定することで、$h_1$ とチャイral-oddなトランスバースィティ分岐関数 $\Delta_T D_{\Lambda/q}$ の畳み込みを通じて $h_1$ を抽出可能となる。これは、ヌクレオンの横方向スピン構造をモデルに依存しない新たなルートで探査するものである。

ABSTRACT

Two related issues are discussed, which might be easily explored by present and future COMPASS experiments. The first one deals with the new world of transversity, the fundamental polarized parton distribution so far totally unknown. The second issue concerns Lambda production in polarized semi-inclusive processes, with a measurement of the Lambda polarization, which might give novel information on distribution and fragmentation properties of polarized partons. In case of transverse polarization the detection of Lambda's gives access to a new way of measuring transversities. Also the interesting case of Lambda polarization in unpolarized processes is discussed.

研究の動機と目的

• 未解決のトランスバースィティ分布 $h_1$ の測定を通じて、ヌクレオンの横方向スピン構造に関する根本的な理解のギャップを埋めること。
• 横方向に偏光した陽子と検出された $\Lambda$ ハイパーバリオンを含む半包含的過程を通じて $h_1$ をアクセス可能かどうかを検討すること。
• 単一スピン非対称性に寄与する、特にコリンズ関数とトランスバースィティ分岐関数を含む、さまざまなチャイral-odd関数の寄与を分離すること。
• 非偏光陽子-陽子衝突における横方向 $\Lambda$ 偏光の起源を、偏光分岐関数 $\Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/q}$ と関連付けること。
• 複数の反応および運動学的範囲のデータを統合し、$h_1$ を抽出し、QCDの進化をテストすることで、スピン依存するクォーク分布のダイナミクスに関する包括的理解を向上させること。

提案手法

• 横方向に偏光した陽子を用いた半包含的ディスクリート散乱（SIDIS）を用い、パイオニウムおよび $\Lambda$ 生成における単一スピン非対称性 $A_N$ を通じてトランスバースィティ $h_1$ をアクセスする。
• 単一スピン非対称性 $A_N$ を、$h_1$ と、横方向に偏光したクォークのハドロン化に起因するアゼイムス非対称性を記述するコリンズ関数 $\Delta^N D_{\pi/q^\uparrow}$ の畳み込みとしてモデル化する。
• 異なる $y$-依存性およびアゼイムス角 $\Phi_C$ 対 $\Phi_S$ の振る舞いを活用することで、$A_N$ におけるシバーズ関数 $\Delta^N f_{q/p^\uparrow}$ とコリンズ関数の寄与を分離する。
• 式 (17) に示すように、偏光分岐関数 $\Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/q}$ と非偏光分岐関数 $\hat{D}_{\Lambda/q}$ の比を用いて、SIDISにおける $\Lambda$ の横方向偏光を測定する。
• 荷電現在のニュートリノ散乱（例：NOMADデータ）を用い、式 (18) に示すように $\Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/u}/\hat{D}_{\Lambda/u}$ のほぼ直接的な測定を得ることで、$\Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/q}$ を制約する。
• RHICにおける $p p^\uparrow$ 衝突とSIDISの測定結果を統合し、$h_1$ と $\Delta_T D_{\Lambda/c}$ を同時に抽出する。これにより、異なる運動学的依存性とQCDの進化を活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SIDISにおける $\Lambda$ ハイパーバリオンの偏光を用いることで、単一スピン非対称性からトランスバースィティ $h_1$ を抽出できるか。
• RQ2 $\Lambda$ 生成における $A_N$ に寄与するシバーズ関数とコリンズ関数の寄与を、どのように分離できるか。
• RQ3 SIDISにおける横方向に偏光した $\Lambda$ バリオンの生成に、トランスバースィティ分岐関数 $\Delta_T D_{\Lambda/q}$ が果たす役割は何か。
• RQ4 荷電現在のニュートリノ散乱データを用いることで、偏光分岐関数 $\Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/q}$ はどの程度制約できるか。
• RQ5 SIDISと $p p^\uparrow$ 衝突の測定結果を統合することで、$h_1$ の抽出とそのQCD進化の理解はどの程度向上するか。

主な発見

• 単一スピン非対称性 $A_N$ を通じて、$h_1$ とコリンズ関数 $\Delta^N D_{\pi/q^\uparrow}$ の畳み込みにより、SIDISでトランスバースィティ分布 $h_1$ をアクセス可能であり、非対称性はクォークの偏光とパイオニウムの横方向運動量の間のアゼイムス角 $\Phi_C$ に依存する。
• シバーズ関数 $\Delta^N f_{q/p^\uparrow}$ は、異なる $y$-依存性とアゼイムス角 $\Phi_S$ の振る舞いを示し、運動学的変数を丁寧に分析することで、コリンズ関数の寄与と分離可能である。
• 非偏光SIDIS過程における $\Lambda$ の横方向偏光は、偏光分岐関数 $\Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/q}$ によって支配され、式 (18) に示すように、荷電現在のニュートリノデータから抽出可能である。ここで $P_N^{[\nu\ell]} \simeq \Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/u} / \hat{D}_{\Lambda/u}$ である。
• トランスバースィティ分岐関数 $\Delta_T D_{\Lambda/q}$ は、コリンズ関数とは異なり $k_\perp = 0$ においてもゼロでなく、モデル化が容易であると予想されるため、$h_1$ の抽出に有望なチャネルである。
• SIDISにおける $P_N(\Lambda)$ とRHICにおける $p p^\uparrow \to \Lambda^\uparrow X$ の測定結果を統合することで、$h_1$ と $\Delta_T D_{\Lambda/c}$ に対する補足的制約が得られ、抽出の信頼性が向上する。
• $h_1$ のQCD $Q^2$ 進化は既知であり、異なる $Q^2$ 範囲のデータを用いることで、抽出された $h_1$ 分布の整合性を検証できる。