[논문 리뷰] AnDY : Overview and Plans Feasibility Test of Large Rapidity Drell-Yan Production at RHIC

C. Perkins|arXiv (Cornell University)|2011. 09. 03.

Superconducting Materials and Applications참고 문헌 3인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 RHIC의 세 번째 상호작용점(IP2)를 사용하여 대규모 빠르기 Drell-Yan 생성의 실현 가능성 테스트를 제시하며, Drell-Yan 및 SIDIS 과정 간 Sivers 함수의 부호 변화를 검증하기 위한 횡방향 단일 스핀 비대칭 $A_N$ 측정을 목적으로 한다. 실험은 STAR 및 PHENIX에 미치는 영향을 최소화하면서 런 11 동안 7.5억 건 이상의 제트 트리거 사건을 성공적으로 수집하여, 향후 고정밀 측정을 위한 검출기 성능과 배경 억제 능력을 검증하였다.

ABSTRACT

Measuring the single transverse spin asymmetry $A_N$ for large $x_F$ Drell-Yan production provides the most robust test of our current theoretical understanding of transverse proton spin structure. This includes a measurement of the predicted sign change of the Sivers function in comparison to that found in SIDIS data. The first year of a feasibility test has been completed to define the requirements for measuring large $x_F$ Drell-Yan production at RHIC. The impact of colliding beams at a third IR at RHIC was found to be negligible and a rich jet-triggered data sample was acquired by AnDY in RHIC Run 11. Plans for subsequent runs are currently underway.

연구 동기 및 목표

• Drell-Yan 및 SIDIS 과정 간 Sivers 함수의 부호 변화에 대한 이론적 예측을 검증하기 위해 TMD 요약의 핵심 테스트를 수행한다.
• 세 번째 상호작용 영역을 활용하여 RHIC에서 대규모 $x_F$ Drell-Yan 생성에서 $A_N$ 측정의 실험적 실현 가능성 수립.
• 신호 식별을 위해 캘로리메터만으로 충분한지 또는 배경 억제를 위해 트래킹이 필요한지 결정.
• 제트 트리거 사건의 실재 데이터와 강입자 배경 측정을 활용하여 몬테카를로 시뮬레이션의 벤치마킹.
• 2015년까지 실현 가능성 테스트를 완료하여 DOE 마일스톤 HP13을 지원하고, 향후 STAR 및 PHENIX의 업그레이드를 가능하게 한다.

제안 방법

• STAR 및 PHENIX에 간섭을 최소화하기 위해 RHIC의 세 번째 상호작용점(IP2)을 활용.
• 강입자 캘로리미터(HCal), 전자기 캘로리미터(ECal), 빔-빔 카운터(BBC), 영도 캘로리미터(ZDC)로 구성된 맞춤형 검출기 세트를 구축.
• 9.4MHz 빔 충돌 빈도에서 최소 비즈, 제트, $\pi^0$, LED에 대한 트리거를 수행할 수 있는 전면적인 트리거/DAQ 시스템을 구현하여 거의 0%의 사각지대를 확보.
• 광자 유사 클러스터에서 재구성된 $\pi^0$ 진동 질량 피크를 사용하여 HCal 에너지 스케일을 캘리브레이션하여 약 5%의 정밀도 확보.
• 대규모 $x_F$ Drell-Yan 사건의 검출기 성능 및 신호 효율을 검증하기 위해 PYTHIA + GEANT 시뮬레이션을 활용.
• 향후 런 12 및 13에서 분할 드롭홀드 자석 및 섬유 트래커 설치를 계획하여 $A_N$ 측정 감도 향상.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RHIC에서 캘로리미터만으로 대규모 $x_F$ Drell-Yan 사건을 배경과 효과적으로 구분할 수 있는가?
• RQ2 대규모 빠르기에서 Drell-Yan의 $A_N$ 측정을 위한 통계적 정밀도를 확보하기 위해 필요한 루미노시티 및 검출기 구성은 무엇인가?
• RQ3 자기 스펙트로미터를 통한 트래킹을 포함함으로써 $A_N$ 측정의 신호 대 배경 비율이 상당히 향상되는가?
• RQ4 세 번째 상호작용점에서의 빔 충돌이 STAR 및 PHENIX의 루미노시티에 미치는 영향은 무시할 수 있는가?
• RQ5 이 실현 가능성 실험의 데이터를 통해 Drell-Yan과 SIDIS 과정 간 Sivers 함수의 부호 변화를 견고하게 검증할 수 있는가?

주요 결과

• RHIC 런 11 동안 7.5억 건 이상의 제트 트리거 사건을 수집하여 배경 및 신호 연구에 적합한 풍부한 데이터 샘플 확보.
• 광자 유사 클러스터에서 재구성된 $\pi^0$ 진동 질량 피크를 활용하여 HCal 에너지 스케일을 약 5% 정밀도로 캘리브레이션.
• IP2에서의 충돌이 STAR 및 PHENIX 루미노시티에 미치는 영향은 무시할 수 있었으며, 주당 약 10 pb⁻¹의 통합 루미노시티를 달성 가능.
• 시뮬레이션과 실재 데이터 분석 결과, 제안된 검출기 구성으로 대규모 $x_F$ Drell-Yan 탐지에 합리적인 효율성 확보 가능.
• 실현 가능성 테스트는 캘로리미터만으로도 Drell-Yan에서 $A_N$ 측정이 실현 가능하다는 것을 성공적으로 입증하였으며, 향후 런에서 트래킹을 통한 감도 향상 계획 수립.
• 2015년까지 DOE 마일스톤 HP13을 지원할 수 있도록 진행 중이며, 향후 런 12 및 13에서 업그레이드된 ECal 및 자석 시스템을 활용해 약 100 pb⁻¹의 샘플을 수집할 계획.