[논문 리뷰] New COMPASS results on Collins and Sivers asymmetries

F. Bradamante|arXiv (Cornell University)|2011. 11. 03.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 2010년 CERN SPS의 고정진 실험 COMPASS에서 160 GeV/c의 뮤온 비틀림을 이용해 획득한 획득한 반투과성 편광된 수소 타겟에서의 반투과성 깊은 비탄성 산란(SIDIS)에서의 Collins 및 Sivers 비대칭을 새로운 측정값으로 제시한다. 결과는 이전 결과를 확인하며 불확실도를 두 배 이상 감소시켰고, 낮은 $y$ 및 낮은 $z$ 영역에서 양성 입자에 대해 Sivers 비대칭이著명하게 증가하는 것으로 나타나, 주로 두 번째 순서 모델에서 예측하지 못한 $Q^2$ 또는 $W$ 의존성 가능성을 시사한다.

ABSTRACT

The study of transverse spin and transverse momentum effects is an important part of the scientific program of COMPASS, a fixed target experiment at the CERN SPS. For these studies a 160 GeV/c momentum muon beam is scattered on a transversely polarized nucleon target, and the scattered muon and the forward going hadrons produced in DIS processes are reconstructed and identified in a magnetic spectrometer. The measurements have been performed on a deuteron target in 2002, 2003 and 2004, and on a proton target in 2007 and 2010. The results obtained for the Collins and Sivers asymmetries from the data collected in 2010 are here presented for the first time. They nicely confirm the findings of the 2007 run and allow for reduction of the errors by more than a factor of two.

연구 동기 및 목표

• 편광된 수소 타겟에서의 고정밀도 데이터를 이용해 반투과성 깊은 비탄성 산란(SIDIS)에서의 Collins 및 Sivers 비대칭을 측정하는 것.
• 고 $Q^2$ 영역에서의 비대칭 분석을 통해 전위차형 운동량 의존성(TMD) 구획 분포 함수의 주요 두 번째 순서 성질, 특히 Sivers 함수의 성질을 시험하는 것.
• 특히 낮은 $y$ 및 낮은 $z$ 영역에서 관측된 예상치 못한 증가 현상에 기반해 Sivers 및 Collins 비대칭의 운동량 영역 의존성을 조사하는 것.
• 향후 편광된 SIDIS 및 Drell-Yan 과정 연구를 지원하기 위해 비편향성 및 Sivers 함수의 전역 현상학적 분석에 필수적인 데이터를 제공하는 것.

제안 방법

• CERN SPS의 고정진 실험 COMPASS에서 160 GeV/c의 뮤온 비틀림이 편광된 수소 타겟에 산란된다.
• 산란된 뮤온과 전방 방향으로 나가는 입자들은 자기 스펙트로미터에서 재구성되고 식별되어 원추형 각도 분포를 측정한다.
• Collins 비대칭은 레프톤 산란 평면에 대한 입자 원추형 분포에서 $\pi$-조절 진폭으로 추출되며, $A_{\text{Coll}} = \sum e_q^2 \cdot \Delta_T q \cdot \Delta_T^0 D_q^h / \sum e_q^2 \cdot q \cdot D_q^h$ 를 사용한다.
• Sivers 비대칭은 입자 분포에서 $\sin\Phi_S$ 조절에 의해 측정되며, $\Phi_S = \phi_h - \phi_s$ 이고, $A_{\text{Siv}} = \sum e_q^2 \cdot \Delta_0^T q \cdot D_q^h / \sum e_q^2 \cdot q \cdot D_q^h$ 를 사용하여 계산한다.
• 데이터는 $x > 0.032$, $z > 0.2$, $0.1 < y < 0.9$ (표준 샘플) 영역에서 분석되며, 저 $y$ ($0.05 < y < 0.1$) 및 저 $z$ ($0.1 < z < 0.2$) 서브샘플과 비교된다.
• 2007년 런과 비교해 통계적 불확실도가 두 배 이상 감소하여 운동량 영역 의존성에 대한 민감도가 향상되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Sivers 비대칭이 주로 두 번째 순서 예측과 반대되는 낮은 $y$ 또는 $W$ 값에서 운동량 영역 의존성을 보이는가?
• RQ2 저 $z$ 영역($z > 0.1$)에서의 Collins 및 Sivers 비대칭은 표준 $z > 0.2$ 선택 조건과 비교해 어떻게 변화하는가?
• RQ3 낮은 $y$ 영역에서 관측된 양성 입자에 대한 Sivers 비대칭의 증가 현상은 통계적으로 유의미하며, 다양한 운동량 영역에서 일관된가?
• RQ4 낮은 $y$ 및 저 $z$ 영역에서 관측된 Sivers 비대칭의 추세는 $Q^2$ 또는 $W$ 의존성에 기인한 것인지, 아니면 주로 두 번째 순서 TMD 분해 이론을 넘어서는 새로운 물리 현상의 징후인가?
• RQ5 대칭 원리에 따라 음성 입자에 대한 Sivers 비대칭은 모든 운동량 영역에서 0에 가까운가?

주요 결과

• 양성 입자에 대한 Sivers 비대칭은 표준 샘플($0.1 < y < 0.9$)과 비교해 저 $y$ 영역($0.05 < y < 0.1$)에서 뚜렷하고 유의미하게 증가하며, $W$ 값은 약 3 GeV로 감소한다.
• 양성 입자에 대한 Sivers 비대칭은 표준 $z > 0.2$ 샘플과 비교해 저 $z$ 영역($0.1 < z < 0.2$)에서 극적으로 감소하여 강한 운동량 영역 의존성이 있음을 시사한다.
• 음성 입자에 대한 Sivers 비대칭은 저 $y$ 및 저 $z$ 영역에서 유의미한 추세를 보이지 않으며, 모든 영역에서 0에 가까운 것으로 확인된다.
• Collins 비대칭은 $z > 0.2$ 에서 $0.1 < z < 0.2$ 로 이동할 때 크기가 약간 감소하여 이 관측량에 대해 $z$-의존성이 약한 편임을 시사한다.
• 2010년 수소 데이터는 2007년 런 대비 Collins 및 Sivers 비대칭의 불확실도를 두 배 이상 감소시켜 이전 결과를 더 높은 정밀도로 확인하였다.
• 낮은 $y$ 및 저 $z$ 영역에서 관측된 증가 현상은 주로 두 번째 순서 TMD 분해 이론에서 예측되지 않으며, $Q^2$ 또는 $W$ 의존성 가능성을 시사하며 향후 추가 조사가 필요하다.