[논문 리뷰] Beam-Spin Azimuthal Asymmetries in Pion Electroproduction at HERMES

HERMES Collaboration, E. Avetisyan|arXiv (Cornell University)|2004. 08. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 허메스에서 편극된 전자/양전자 비틀림을 사용하고 내부 가스 표적으로서 반응을 측정하여, 반응에서의 반입자-스핀 각도 비대칭성의 첫 번째 측정을 제시한다. $\pi^{+}$ 비대칭성은 양성이며 약 2%이며 $z$ 증가와 함께 증가하는 경향을 보이며, 콜린스 및 횡방향 분포를 포함한 이론 모델과 일치한다. 반면 $\pi^{-}$ 및 $\pi^{0}$ 비대칭성은 오차 범위 내에서 0과 일치한다.

ABSTRACT

We present the measurement of Single Beam-Spin Azimuthal Asymmetries in pion electroproduction off hydrogen in semi-inclusive deep inelastic scattering (SIDIS). The measurement was made using the HERMES spectrometer with an internal gas target and the polarized 27.6 GeV electron(positron) beam of HERA using the data taken during the years 1996-2000. The $\sinϕ$ modulation of the azimuthal asymmetry was measured for semi-inclusive $π^+,π^-$ and $π^0$. The dependence of the asymmetry on the Bjorken $x$, pion relative ($z$) and transverse ($P_T$) momentum is presented. Results are compared to theoretical model calculation.

연구 동기 및 목표

• HERA에서 반입자-스핀 각도 비대칭성($A_{LU}^{\sin\phi}$)을 반입자-전기분해에서 측정한다.
• 특히 콜린스 함수를 포함한 횡방향 운동량 의존성(TMD) 파arton 분포 및 분해 함수를 탐색한다.
• 이전의 CLAS 측정을 더 낮은 $x$ 및 더 높은 $Q^2$ 운동역학 영역으로 확장한다.
• 반입자-반입자 분해에서의 배타적 벡터 메손 붕괴 기여가 반입자-반입자 샘플과 비대칭성 측정에 미치는 영향을 평가한다.

제안 방법

• 1996~2000년 동안 허메스 분광계를 사용하여 27.6 GeV의 편극된 전자/양전자 비틀림과 내부 가스 표적을 이용하였다.
• 반대 비틀림 상태에서의 사건 수 차이를 총 사건 수와 비틀림도로 정규화하여 $A_{LU}^{\sin\phi}$를 측정하였다.
• 운동학적 절단 조건: $1 < Q^2 < 15$ GeV$^2$, $0.023 < x < 0.4$, $W^2 > 4$ GeV$^2$, $y < 0.85$, $0.5 < z < 0.8$ (각운동량 및 $P_T$ 의존성 분석을 위해).
• 전이 방사선, 첸코프/리치 및 전자기 칼로리미터를 이용한 입자 식별을 통해 $\pi^+$, $\pi^-$, $\pi^0$를 분리하였다.
• $\pi^0$의 배경 제거를 위해 진동 질량 재구성($M_{\gamma\gamma}$)과 조합 배경 추정을 수행하였다.
• $\rho^0$, $\omega$, 및 충전된 $\rho$의 배타적 벡터 메손 붕괴 기여를 추정하기 위해 Pythia 몬테카를로 시뮬레이션과 양성 조건 및 운동학적 제약 조건을 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 낮은 $x$ 및 높은 $Q^2$ 조건에서 반입자-스핀 각도 비대칭성의 크기와 $z$ 의존성은 무엇인가?
• RQ2 $\pi^{-}$ 및 $\pi^{0}$ 비대칭성은 $\pi^{+}$와 비교하여 어떻게 다른가? 그리고 오차 범위 내에서 0과 일치하는가?
• RQ3 배타적 벡터 메손 붕괴(예: $\rho^0 \to \pi^+\pi^-$)의 기여가 측정된 비대칭성에 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ4 특히 콜린스 함수를 포함한 이론적 TMD 모델은 관측된 $\pi^{+}$ 비대칭성을 어느 정도 잘 기술하는가?

주요 결과

• $\pi^{+}$의 비대칭성 $A_{LU}^{\sin\phi}$는 양성이며 크기가 약 2%이며, $z$ 증가와 함께 명확한 증가 경향을 보인다.
• $\pi^{+}$ 비대칭성의 $x$ 및 $P_T$ 의존성은 가장 낮고 높은 구간에서 감소 경향을 암시하지만 통계적으로 유의미하지 않다.
• $\pi^{-}$ 및 $\pi^{0}$ 비대칭성은 통계적 오차 범위 내에서 0과 일치하며, 특별한 $z$ 의존성은 관측되지 않았다.
• $\pi^{+}$ 비대칭성은 $e(x)H_{1}^{\perp}(z)$ 및 $h_{1}^{\perp}(x)E(z)$ 항을 포함한 쿼크-디쿼크 모델 예측과 정성적으로 일치한다.
• $\pi^{+}$ 및 $\pi^{-}$의 측정된 비대칭성은 운동역학적 차이를 고려한 JLab의 CLAS 데이터와 일치한다.
• 배타적 벡터 메손 기여는 Pythia 몬테카를로를 통해 추정되었으며, 이에 따른 해석적 오차는 $x$ 및 $P_T$ 의존성 그림에서 회색 영역으로 표시되었다.