[논문 리뷰] Azimuthal asymmetries in SIDIS di-hadron muoproduction off longitudinally polarized protons at COMPASS

Stefan Sirtl|arXiv (Cornell University)|2017. 02. 23.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 COMPASS에서 수류입자 비틀림을 가진 양성자에 대한 이입자 반응의 방위각 단일 및 이중 스핀 비대칭을 처음으로 종합적으로 측정한다. 이는 수류입자 비틀림을 가진 양성자에 대한 이입자 반응의 방위각 단일 및 이중 스핀 비대칭을 처음으로 종합적으로 측정한다. 이는 전단-운동량 의존성(TMD) 및 공선-twist-3 메커니즘을 조사하며, 유의미한 양의 단일 스핀 비대칭 $A_{UL}^{\sin(\theta_{R})} = 0.0050 \pm 0.0010$ (통계) $\pm 0.0007$ (시스템)를 관측하여 알려지지 않은 스핀 의존성 PDF $h_L(x)$에 대한 새로운 접근성을 제공하고, 쿼크-글루온 상관관계를 제약한다.

ABSTRACT

In this review a first comprehensive study of azimuthal asymmetries in semi-inclusive deep inelastic muoproduction of hadron pairs off longitudinally polarized protons at COMPASS is presented. The study is based on data taken in 2007 and 2011, obtained by impinging a high-energetic $μ^+$ beam of $160$ GeV/$\it{c}$, respectively $200$ GeV/$\it{c}$, momentum on a solid ammonia target. The discussion is focused on both leading and subleading longitudinal target-spin-dependent asymmetries arising in the di-hadron SIDIS cross section, addressing the role of spin-orbit couplings and quark-gluon correlations in the framework of collinear or transverse momentum dependent factorization.

연구 동기 및 목표

• 이입자 반응에서 종단 방향 편광된 양성자에 대한 이입자 반응에서의 방위각 스핀 비대칭을 측정하여 스핀-오르빗 결합과 쿼크-글루온 상관관계를 조사한다.
• 주요 스핀 비대칭을 통해 전단-운동량 의존성(PDF) $g_{1L}$ 와 $h_{1L}$ 를 접근한다.
• 주로 알려지지 않은 PDF $h_L$ 와 $e_L$ 에 민감한 하위-twist 공선 비대칭, 특히 $A_{UL}^{\sin(\phi_R)}$ 와 $A_{LL}^{\cos(\phi_R)}$ 를 조사한다.
• 글로벌 PDF 및 분해 함수(FF) 분석을 위한 고정밀 데이터를 제공하고, 스핀 의존성 분해 메커니즘의 이론 모델을 검증한다.

제안 방법

• 2007년과 2011년의 이입자 반응 데이터를 분석하였으며, 160 및 200 GeV/c의 수류입자 비틀림을 가진 양성자 빔을 고체 암모니아 타겟에 조사하였다.
• 두 가지 주요 방위각을 정의하였다: $\phi_h$ (입자 운동량 평면)와 $\phi_R$ (상대 운동량 평면), 이는 입자 운동량의 수직 성분을 사용하여 정의하였다.
• 운동학적 절단 조건을 적용하였다: $Q^2 > 1$ GeV², $0.1 < y < 0.9$, $W > 5$ GeV/c², $0.0025 < x < 0.7$, $z_{1,2} > 0.1$, $x_{F,1,2} > 0.1$, $E_{\text{miss}} > 3$ GeV, $R_T > 0.07$ 를 적용하여 평면 정의를 보장하였다.
• 비대칭을 비율 $A_{XY}^{m(\phi_h,\phi_R)} = F_{XY}^{m(\phi_h,\phi_R)} / (F_{UU,T} + \varepsilon F_{UU,L})$ 를 통해 추출하였으며, 빔/타겟 편광 및 탈편광 보정을 적용하였다.
• 주요 스핀 비대칭은 TMD 분리 기법을, 하위-스핀 비대칭은 공선 기법을 사용하여 해석하였다.
• 에너지 의존성이 미미하여 서로 다른 빔 에너지 데이터 세트를 융합하였으며, 넓은 운동역학적 범위에서 고정밀도를 확보하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이입자 반응에서 편광된 양성자에 대한 이입자 반응에서의 주요 스핀 비대칭 TMD 스핀 비대칭의 크기와 운동역학적 의존성은 무엇인가?
• RQ2 특히 $A_{UL}^{\sin(\phi_R)}$ 를 통해 하위-스핀 비대칭은 알려지지 않은 PDF $h_L(x)$ 를 얼마나 제약하는가?
• RQ3 측정된 비대칭은 쿼크-글루온 상관관계에 대한 Wandzura-Wilzcek 관계를 지지하거나 도전하는가?
• RQ4 관측된 비대칭은 전단-운동량 의존성 PDF $h_{1L}$ 과 twist-3 분해 함수 $\tilde{D}^{\angle}$ 에 대해 새로운 제약을 제공하는가?
• RQ5 이전의 CLAS 측정과 비교하여 결과는 어떻게 되며, 글로벌 PDF/FF 피팅에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 단일 스핀 비대칭 $A_{UL}^{\sin(\phi_R)}$ 는 $0.0050 \pm 0.0010$ (통계) $\pm 0.0007$ (시스템) 로 측정되었으며, 이는 이전에 CLAS에서 고-$x$ 영역에서 관측된 비제로 신호를 확인한다.
• 이중 스핀 비대칭 $A_{LL}^{\cos(\phi_R)}$ 는 $-0.0135 \pm 0.0064$ (통계) $\pm 0.0046$ (시스템) 로 측정되었으며, 오차 범위 내에서 0과 일치하여 쿼크-글루온 상관관계가 무시할 수 있을 정도로 낮다는 Wandzura-Wilzcek 가정을 지지한다.
• 모든 비대칭에 대해 $x$, $z$, 또는 $M_{\text{inv}}$ 에서의 운동역학적 의존성이 유의미하게 관측되지 않았으며, 측정된 범위에서 평탄한 분포를 나타낸다.
• 이 결과는 이입자 반응에서 $A_{UL}^{\sin(\phi_R)}$ 의 첫 번째 고정밀 측정을 제공하며, 이전에 알려지지 않은 PDF $h_L(x)$ 에 직접 접근할 수 있도록 한다.
• 전체 9개의 주요 스핀 비대칭 TMD 비대칭과 2개의 하위-스핀 비대칭 공선 비대칭이 고정밀도로 측정되었으며, 스핀 의존성 파트온 역학에 대한 새로운 제약 조건을 제공한다.
• 이 데이터 세트는 PDF 및 FF의 글로벌 피팅에 적합하며, 스핀-오르빗 및 쿼크-글루온 상관관계를 포함한 이론 모델에 강력한 검증을 제공한다.