[논문 리뷰] Gluon polarization measurements with inclusive jets at STAR

Pibero Djawotho|arXiv (Cornell University)|2011. 06. 28.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 4인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 RHIC에서 2006년과 2009년 동안 수행된 극화된 양성자-양성자 충돌 데이터를 사용하여 $\sqrt{s} = 200$ GeV에서 포함형 제트 생성에서의 종방향 이중스핀 비대칭 $A_{LL}$에 대한 고정밀 측정을 제시한다. STAR 실험은 제트 에너지 해상도와 트리거 효율성을 향상시켜 2006년 데이터보다 3배 到 4배 높은 정밀도의 $A_{LL}$ 결과를 도출하였으며, 이는 구형 쿼크 분포 분석에서 글루온 스핀 분포 $\Delta g(x)$를 제약하고 불확실성을 감소시킨다.

ABSTRACT

At RHIC kinematics, polarized jet hadroproduction is dominated by $gg$ and $qg$ scattering, making the jet double longitudinal spin asymmetry, $A_{LL}$, sensitive to gluon polarization in the nucleon. I will present STAR results of $A_{LL}$ from inclusive jet measurements for the RHIC 2006 run at center-of-mass energy 200 GeV. I will also discuss the current status of the analysis of data from the 2009 run, also at center-of-mass energy 200 GeV. The results are compared with theoretical calculations of $A_{LL}$ based on various models of the gluon density in the nucleon. The STAR data place significant constraints on allowed theoretical models.

연구 동기 및 목표

• RHIC에서 $\sqrt{s} = 200$ GeV 조건에서 포함형 제트 생성에서 종방향 이중스핀 비대칭 $A_{LL}$를 측정하여 양성자 내 글루온 스핀 분포 $\Delta g(x)$를 탐색한다.
• 2006년 대비 2009년 런에서 제트 에너지 해상도와 트리거 효율성을 향상시켜 $A_{LL}$ 측정의 체계적 불확실성을 감소시킨다.
• 특히 글루온 스핀 분포 $\Delta g(x)$를 제약하는 데 기여할 고정밀도 $A_{LL}$ 데이터를 전역적 분석에 포함시키기 위해 제공한다.

제안 방법

• 콘 레이디우스 0.7, 시드 $E_T$ 임계값 0.5 GeV, 분할-합치기 비율 0.5를 사용한 중점 콘 알고리즘을 이용해 재구성된 제트.
• PYTHIA 6.4와 CDF 테이너 A, 그리고 GEANT을 사용해 검출기 반응, 히드로니제이션 및 배경 이벤트 영향을 포함한 보정을 적용.
• 전자 에너지 캘로리미터(EMC) 타워에서 충전 입자의 전체 운동량을 빼내 제트 에너지 해상도를 향상시켜, 히드로닉 쇼어의 변동성을 감소시켰다.
• 더 낮은 $E_T$ 임계값과 겹치는 제트 패치를 사용한 수정된 트리거로 수용률을 37% 향상시키고 트리거 편향을 감소시켰다.
• 2006년의 40 Hz와 40% 정지 시간에 비해 300 Hz 이벤트 기록과 5% 이하의 정지 시간을 가능하게 한 새로운 데이터 수집 시스템(DAQ1000)을 활용.
• 제트 $p_T$ 및 $\eta$ 범위의 미분 단면적을 사용하여 $A_{LL}$를 $(\sigma^{++} - \sigma^{+-}) / (\sigma^{++} + \sigma^{+-})$로 계산.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 200 GeV에서 극화된 양성자-양성자 충돌에서의 포함형 제트 $A_{LL}$는 글루온 스핀 분포에 대한 다양한 모델 기반 이론 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 2009년 STAR의 $A_{LL}$ 측정 결과는 2006년 결과에 비해 얼마나 정밀도가 향상되었으며, 이는 $\Delta g(x)$에 대한 제약 강도를 어떻게 향상시키는가?
• RQ3 2009년에 개선된 제트 에너지 해상도와 트리거 효율성은 $A_{LL}$ 측정의 체계적 불확실성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 2009년의 $A_{LL}$ 데이터는 전역적 파트론 분포 함수의 피팅에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 다양한 빠르도 범위에서 $A_{LL}$ 값은 어떻게 변화하며, 이러한 변화는 입자 간 산란 역학에 대해 어떤 정보를 제공하는가?

주요 결과

• 2009년 포함형 제트 $A_{LL}$ 측정은 2006년 데이터 대비 저 $p_T$ 범위에서 4배, 고 $p_T$ 범위에서 3배의 정밀도 향상을 달성하였다.
• 2009년 $A_{LL}$ 결과는 18%의 제트 에너지 해상도를 보였고, 2006년 분석의 23%에 비해 뚜렷한 향상이 있었다.
• |$\eta$| < 1을 커버하는 2009년 데이터는 더 정밀하며, 주로 $p_T$ 재구성과 트리거 편향에 기인한 체계적 불확실성을 감소시켰다.
• STAR의 2009년 $A_{LL}$ 데이터는 $\Delta g(x)$에 대한 GRSV와 DSSV 전역 피팅 예측 사이에 위치하며, 글루온 스핀 분포에 대한 더 강력한 제약 조건을 제공한다.
• 두 빠르도 범위($|$\eta$|<0.5$ 및 $0.5<|\eta|<1$)에서의 2009년 $A_{LL}$ 결과는 다양한 입자 간 산란 각도와 $x$ 범위에 민감한 모델과의 비교를 가능하게 한다.
• 2009년 데이터의 향상된 정밀도는 향후 전역적 극화된 파트론 분포 분석에 포함될 경우 현재 큰 불확실성을 가진 $\Delta g(x)$의 불확실성을 크게 감소시킬 것으로 기대된다.