[논문 리뷰] Antiproton--Proton Scattering Experiments with Polarization

Vincenzo Barone, Tariel Sakhelashvili외 177명|arXiv (Cornell University)|2005. 05. 17.

Atomic and Molecular Physics참고 문헌 5인용 수 61

한 줄 요약

PAX 실험은 FAIR에서 15 GeV/c의 극화된 반양성자와 최대 3.5 GeV/c의 극화된 양성자를 저장 고리 구조로 사용하여 이방성 이중 극화된 반양성자-양성자 충돌기로 제안한다. 이 구성은 Drell-Yan 전자 쌍 생성을 통한 전단 분포의 정밀 측정을 가능하게 하여 양성자 내 스핀에 의존하는 파르톤 분포에 대한 유일무이한 접근을 제공한다.

ABSTRACT

High Energy Physics Esperiment (hep-ex/0505054).
 The document describes the physics case of the PAX experiment using polarized antiprotons, which has recently been proposed for the new Facility for Antiprotons and Ions Research (FAIR) at GSI--Darmstadt. Polarized antiprotons provide access to a wealth of single-- and double--spin observables, thereby opening a new window to physics uniquely accessible at the HESR. The polarized antiprotons would be most efficiently produced by spin--filtering in a dedicated Antiproton Polarizer Ring (APR) using an internal polarized hydrogen gas target. In the proposed collider scenario of the PAX experiment, polarized protons stored in a COSY--like Cooler Storage Ring (CSR) up to momenta of 3.5 GeV/c are bombarded head--on with 15 GeV/c polarized antiprotons stored in the HESR. This asymmetric double--polarized antiproton--proton collider is ideally suited to map, e.g., the transversity distribution in the proton. The proposed detector consists of a large--angle apparatus optimized for the detection of Drell--Yan electron pairs

연구 동기 및 목표

• 이중 극화된 반양성자-양성자 충돌을 이용해 양성자 내 파르톤의 전단 분포를 측정하기 위해.
• FAIR의 HESR의 고유한 운동역학을 활용하여 다른 곳에서는 접근할 수 없는 스핀 관측량을 탐색하기 위해.
• 신규 방법으로 반양성자 극화를 위한 스핀 필터링을 이용한 반양성자 극화 고리(APR) 개발을 위해.
• 극화된 충돌에서 기인한 Drell-Yan 전자 쌍을 탐지하기 위해 최적화된 대각도 검출기 설계를 위해.
• 고에너지 시설에서 극화된 반양성자를 사용하여 스핀 물리학의 새로운 실험적 영역을 구축하기 위해.

제안 방법

• 내부 극화된 수소 기체 표적을 사용하여 전용 반양성자 극화 고리(APR)에서 스핀 필터링을 통해 극화된 반양성자를 생성한다.
• 3.5 GeV/c 이하의 운동량을 가진 극화된 양성자는 COSY 유사 냉각 저장 고리(CSR)에 저장된다.
• HESR은 15 GeV/c의 극화된 반양성자를 저장하여 양성자 빔과 정면 충돌을 가능하게 한다.
• 이방성 충돌기 구성은 단일 및 이중 스핀 관측량의 고정밀 측정을 가능하게 한다.
• 쿼크-반쿼크 상호작용에서 기인한 Drell-Yan 전자 쌍을 효율적으로 탐지하기 위해 대각도 검출기를 설계한다.
• 새로운 FAIR 시설에서 확보 가능한 고광도 및 극화 제어 능력을 활용하여 전단 분포를 접근한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이중 극화된 반양성자-양성자 충돌을 통해 양성자 내 파르톤의 전단 분포를 어떻게 측정할 수 있는가?
• RQ2 고광도 및 극화된 충돌 환경에서 Drell-Yan 전자 쌍을 탐지하는 가용성과 감도는 어떠한가?
• RQ3 APR에서의 스핀 필터링이 HESR에서 정밀 물리 실험에 필요한 극화도와 강도를 확보할 수 있는가?
• RQ4 이 이방성 이중 극화 충돌기 구성에서 어떤 고유한 스핀 관측량을 접근할 수 있는가?
• RQ5 HESR과 CSR의 운동역학적 구성이 기존 시설에 비해 전단 분포에 대한 접근을 어떻게 향상시키는가?

주요 결과

• PAX 실험은 이중 극화된 Drell-Yan 과정을 통해 양성자 내 전단 분포에 접근할 수 있다.
• APR에서의 스핀 필터링은 고강도 극화된 반양성자를 생산하는 실현 가능한 방법을 제공한다.
• 15 GeV/c의 반양성자와 3.5 GeV/c의 양성자를 사용하는 이방성 충돌기 구성은 스핀 관측량에 최적의 운동역학적 영역을 제공한다.
• 대각도 검출기 설계는 극화된 충돌에서 기인한 Drell-Yan 전자 쌍의 탐지 효율을 극대화하도록 맞춤형으로 설계되었다.
• 제안된 구성은 HESR에서 스핀에 의존하는 파르톤 분포를 측정하는 데 있어 고유하고 상호보완적인 접근법을 제공한다.
• 실험은 극화된 반양성자를 사용하여 양성자의 스핀 구조에 대한 새로운 통찰을 열어준다.