[논문 리뷰] Exclusive rho^0 muoproduction on transversely polarised protons and deuterons

C. Adolph, A. Mangoni외 219명|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|2012. 07. 18.

Particle accelerators and beam dynamics참고 문헌 36인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 160 GeV/$c$의 뮤온 비틀기를 사용하여 COMPASS에서 획득한 전단 극화된 양성자 및 중수소에서의 배타적 $\rho^0$ 뮤온생성에서의 횡방향 표적 스핀 이방이성 $A_{UT}^{\rm{sin}(\theta-\theta_S)}$의 최초 측정을 제시한다. 광범위한 운동량 영역에서 0에 가까운 작은 이방성 값들은 쿼크 궤도 운동량 동역학에서의 헬리시티-플립 일반화된 부분입자 분포함수(GPD) $E^u$와 $E^d$의 근접 상쇄를 뒷받침하는 증거로 해석되며, 이는 양성자 내의 쿼크 궤도 운동량에 대한 이론적 모델을 지지한다.

ABSTRACT

The transverse target spin azimuthal asymmetry A_UT in hard exclusive production of rho^0 mesons was measured at COMPASS by scattering 160 GeV/c muons off transversely polarised protons and deuterons. The measured asymmetry is sensitive to the nucleon helicity-flip generalised parton distributions E^q, which are related to the orbital angular momentum of quarks in the nucleon. The Q^2, x_B and p_t^2 dependence of A_UT is presented in a wide kinematic range. Results for deuterons are obtained for the first time. The measured asymmetry is small in the whole kinematic range for both protons and deuterons, which is consistent with the theoretical interpretation that contributions from GPDs E^u and E^d approximately cancel.

연구 동기 및 목표

• 횡방향 극화된 양성자 및 중수소에서의 배타적 $\rho^0$ 생성에서 횡방향 표적 스핀 애자이멀 이방성 $A_{UT}^{\rm{sin}(\theta-\theta_S)}$를 측정하기 위해.
• 쿼크 궤도 운동량과 연관된 양성자의 헬리시티-플립 일반화된 부분입자 분포함수(GPD) $E^q$를 탐구하기 위해.
• 이전 측정을 확장하기 위해 처음으로 중수소를 포함하여 이소스핀의 GPD 내부 구조를 검증할 수 있도록 하기 위해.
• 특히 복사 쿼크 및 해/글루온 GPD의 기여에 대해, Goloskokov와 Kroll의 GPD 모델 예측과 비교하기 위해.
• 특히 $x_{Bj}$, $Q^2$, $p_T^2$에서 이전의 HERMES 측정보다 정밀도와 운동량 영역을 향상시키기 위해.

제안 방법

• COMPASS 실험에서 160 GeV/$c$의 뮤온 비틀기가 횡방향 극화된 양성자 및 중수소 표적에 대해 산산이 흩어지는 현상을 통해 배타적 $\rho^0$ 생성을 연구하였다.
• 이방성 $A_{UT}^{\rm{sin}(\theta-\theta_S)}$는 표적 스핀의 정렬 축에 대해 $\rho^0$ 붕괴 생성물의 애자이멀 의존성으로부터 추출되었다.
• 운동량 영역은 양성자에 대해 $1 < Q^2 < 10$ (GeV/$c$)$^2$, $0.003 < x_{Bj} < 0.3$, $0.05 < p_T^2 < 0.5$ (GeV/$c$)$^2$로 정의되었으며, 중수소에 대해서는 $0.10 < p_T^2 < 0.5$ (GeV/$c$)$^2$로 정의되었다.
• 이론적 예측은 Goloskokov와 Kroll의 모델을 사용한 수장 접근법에 기반하며, GPD $E^u$와 $E^d$를 포함하고, 수도바르 효과와 메손 분포 애너미를 적용하였다.
• 글루온 및 해 쿼크 GPD $E^g$와 $E^{\rm{sea}}$에 대한 민감도는 극한의 양성도 제약 조건을 고려하여 테스트하였다.
• 체계적 오차는 $E^g$와 $E^{\rm{sea}}$를 포함하거나 배제한 결과를 비교함으로써 평가되었으며, 이 방식으로 이방성에 미치는 영향은 최소한이었다.

Figure 1: Kinematics of exclusive meson production in the target rest frame. Here $\boldsymbol{k}$ , $\boldsymbol{k^{\prime}}$ , $\boldsymbol{q}$ and $\boldsymbol{v}$ represent three-momentum vectors of the incident and the scattered muons, the virtual photon and the meson. $S_{T}$ is the component

실험 결과

연구 질문

• RQ1 배타적 $\rho^0$ 뮤온생성에서 횡방향 표적 스핀 이방성 $A_{UT}^{\rm{sin}(\theta-\theta_S)}$의 크기와 운동량 영역 의존성은 무엇인가? (극화된 양성자 및 중수소에서)
• RQ2 측정된 이방성은 양성자 내 헬리시티-플립 GPD $E^u$와 $E^d$를 어떻게 제약하는가?
• RQ3 $E^u$와 $E^d$의 기여가 이방성에서 얼마나 상쇄되는가? 이는 쿼크 궤도 운동량에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 Goloskokov와 Kroll의 GPD 모델 예측과 결과는 어떻게 비교되는가? 특히 글루온과 해 쿼크의 기여에 대해.
• RQ5 이방성은 $E^g$와 $E^{\rm{sea}}$에 얼마나 민감한가? 이들은 예측된 이방성 값에 크게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 측정된 횡방향 표적 스핀 이방성 $A_{UT}^{\rm{sin}(\theta-\theta_S)}$는 양성자 및 중수소 모두에서 전체 운동량 영역에서 0과 일치한다.
• 양성자에 대해 이방성 값은 $-0.03 \to +0.04$ 사이이며, 통계적 및 체계적 오차는 $\rm{~}$\text{0.05--0.09}$로, 유의미한 신호가 없음을 시사한다.
• 중수소에 대해서도 이방성은 유사하게 작으며, $-0.03$에서 $+0.04$ 사이이며 오차는 $\rm{~}$\text{0.05--0.08}$로, 이는 이 목표에 대한 최초 측정을 확인한다.
• COMPASS 결과는 HERMES 실험과 양호한 일치를 보이며, 이 또한 이방성이 0과 일치하지만, 정밀도가 약 ~3배 향상되었다.
• Goloskokov와 Kroll의 GPD 모델을 사용한 이론적 예측은 복사 쿼크 GPD $E^u$와 $E^d$만을 포함할 경우, 양성자에 대해 평균 이방성 $-0.02$, HERMES에 대해 $-0.03$을 예측하며, 데이터와 합리적인 일치를 보인다.
• 극한의 양성도 제약 조건을 가진 $E^g$와 $E^{\rm{sea}}$를 포함한 경우, 예측된 이방성에 미치는 영향은 무시할 만큼 작으며, 이론적 오차 범위 이내의 변화만을 보였다.

Figure 2: Distributions of the $z$ -coordinate of the primary vertex $z_{V}$ for NH 3 (left) and 6 LiD data (right). The vertical lines indicate the applied $z_{V}$ cuts.