[논문 리뷰] Azimuthal asymmetries in SIDIS off unpolarized targets at COMPASS

A. Bressan|arXiv (Cornell University)|2009. 07. 31.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 2인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 6LiD 타겟과 160 GeV μ⁺ 비틀기를 사용한 COMPASS 데이터를 바탕으로 비극성된 SIDIS에서의 원형 비대칭을 처음으로 측정한다. 전하에 따라 달라지는 cosφ 및 cos2φ 비대칭이 유의미하게 관측되었으며, Cahn 효과와 Boer-Mulders PDFs를 포함한 이론 모델과 강한 일치를 보이며, 비극성된 양성자 내에서 비제로의 횡방향 파르톤 상관관계가 존재한다는 증거를 제공한다.

ABSTRACT

Azimuthal asymmetries measured in unpolarized semi-inclusive deep inelastic scattering bring important information on the inner structure of the nucleons, and can be used both to estimate the average quark transverse momentum k_T and to access the so-far unmeasured Boer-Mulders functions. COMPASS results using part of the 2004 data collected with a 6LiD target and a 160 GeV positive muon beam are presented separately for positive and negative hadrons.

연구 동기 및 목표

• 비극성된 타겟에서의 반응형 깊은 비탄성 산란(SIDIS)에서의 원형 비대칭을 측정하여 횡운동량 의존성(TMD) 파르톤 분포를 탐색한다.
• 평균 쿼크 횡운동량 ⟨k⊥²⟩의 정보를 추출하고, 이전까지 측정되지 않은 Boer-Mulders 함수에 접근한다.
• 낮은 횡운동량 영역(pT < 1.5 GeV/c)에서 pQCD 보정과 Cahn 효과를 포함한 이론 예측을 검증한다.
• 양성자 및 음성자에서의 전하 비대칭을 조사하여, 케이랄-홀수 TMD 분포를 탐색한다.

제안 방법

• 160 GeV μ⁺ 비틀기를 6LiD 타겟에 조사하여 데이터를 수집하였으며, 표준 DIS 절차를 적용하여 사건을 선별: Q² > 1 (GeV/c)², W > 5 GeV/c², 0.1 < y < 0.9, 0.2 < z < 0.85.
• 원형 각도 해상도 향상과 운동학적 왜곡 감소를 위해 탐지기에서의 양성자 횡운동량을 0.1 < pT < 1.5 GeV/c 범위로 제한하였다.
• 수용성 보정은 전체 몬테카를로 시뮬레이션 체인(Lepto + COMGEANT + CORAL)을 사용하여 수행되었으며, 수용성 A(φ)는 재구성된/생성된 사건 수비율로 계산되었다.
• 원형 분포는 N(φ) = N₀[1 + Aᴰ_cosφ cosφ + Aᴰ_cos2φ cos2φ + Aᴰ_sinφ sinφ]로 피팅하였으며, 시스템적 불확실성은 극화 설정 비교 및 파rameter 변화를 통해 평가하였다.
• 이론적 예측은 Cahn 효과와 Boer-Mulders PDFs를 포함한 모델을 사용하여 비교하였으며, 후자는 HERMES 데이터에서 유도된 Sivers 함수에 비례한다고 가정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 6LiD 타겟에서 비극성 SIDIS에서의 cosφ 및 cos2φ 원형 비대칭의 크기와 운동학적 의존성은 어떠한가?
• RQ2 측정된 비대칭이 낮은 pT 영역에서 Cahn 효과와 pQCD 기여도를 얼마나 잘 반영하는가?
• RQ3 관측된 비대칭이 양성자 및 음성자에서 Boer-Mulders PDFs 존재에 부합하는 방식으로 다를 수 있는가?
• RQ4 수용성 효과와 검출기 기하학적 구조는 원형 비대칭 추출에 어떤 영향을 미치며, 어떤 보정이 필요한가?

주요 결과

• cosφ 비대칭은 최고의 z 영역에서 최대 30–40%에 이르며, 음성자보다 양성자에서 더 큰 값을 보였다.
• cos2φ 비대칭은 뚜렷한 전하 의존성을 보이며, 양성자가 음성자보다 더 큰 진폭을 보여 Boer-Mulders PDFs를 포함한 이론 예측과 일치한다.
• Cahn 효과와 Boer-Mulders PDFs를 포함한 이론 모델과의 데이터 일치는 비극성된 양성자 내에서 비제로의 횡방향 파르톤 상관관계가 존재함을 시사한다.
• 모든 운동학적 영역에서 sinφ 비대칭은 0에 가깝게 관측되었으며, 자연스러운 비틀기 극화와 1차 순서 Sivers 효과의 부재에 따라 예상되는 바와 일치한다.
• 수용성 보정에서 기인하는 시스템적 불확실성은 잘 제어되어 있으며, 주로 검출기 기하학적 구조와 시뮬레이션 파rameter 변화에서 기인한다.
• 전반적인 수용성은 y, z, pT 전반에 걸쳐 상대적으로 평탄하여, 측정되지 않은 변수를 통합할 때 비대칭 추출에 대한 편향을 최소화한다.