[논문 리뷰] SIDIS in target fragmentation region

A.M. Kotzinian, M. Anselmino외 1명|arXiv (Cornell University)|2011. 07. 12.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 4인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 반응자 분열 영역(TFR)에서의 반경심 깊은 비탄성 산란(SIDIS)에서 스핀 및 횡방향 운동량에 의존하는 균열 함수의 선도-틀리기 형식을 개발하며, TFR에서 단일 해드론 생성이 선형 차수에서 오직 Sivers 유사한 애자이멀 비대칭만을 접근할 수 있음을 입증한다. 또한, 한 해드론이 전류 분열 영역(CFR)에 있고 다른 하나가 TFR에 있는 이중 해드론 생성은 모든 16개의 선도-틀리기 균열 함수에 접근 가능하게 하여, 양성자의 3차원 스핀 구조를 완전히 톰오그라픽 재구성할 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

We shortly describe the leading twist formalism of spin and transverse-momentum dependent fracture functions recently developed and present results for the production of spinless hadrons in the target fragmentation region (TFR) of SIDIS. In this case not all fracture functions can be accessed and only a Sivers-like single spin azimuthal asymmetry shows up at LO cross-section. Then, we demonstrate that the measurement of spin dependent azimuthal asymmetries in double hadron production in polarized SIDIS -- with one spinless hadron produced in the current fragmentation region (CFR) and another in the TFR -- would provide access to all 16 leading twist fracture functions.

연구 동기 및 목표

• SIDIS의 타겟 분열 영역(TFR)에서 스핀 및 횡방향 운동량에 의존하는(STMD) 균열 함수의 이론적 프레임워크를 확장하는 것.
• 단일 해드론 생성이 TFR에서 선형 차수에서 오직 하나의 Sivers 유사한 애자이멀 비대칭만을 접근할 수 있는 한계를 다루는 것.
• 이중 해드론 생성(SIDIS, DSIDIS)을 통해 모든 16개의 선도-틀리기 균열 함수에 접근할 수 있는 방법을 제안하는 것.
• DSIDIS에서 스핀에 의존하는 애자이멀 비대칭 측정이 양성자의 3차원 스핀에 의존하는 쿼크-구조를 완전히 재구성할 수 있음을 입증하는 것.
• 미래의 실험 시설인 JLab 12 및 전자-핵 충돌기(EIC)가 제안된 프레임워크를 시험하기에 최적의 환경임을 규명하는 것.

제안 방법

• 타겟 분열 영역(TFR)에서의 SIDIS에 대해 STMD 균열 함수를 사용하여 TMD 분리 형식을 적응시켜, 타겟 양성자에서 쿼크의 경량 산란 이후 TFR에서 해드론을 생성할 확률를 기술한다.
• TFR에서의 단일 해드론 생성에 대한 선형 차수(LO) 단면적을 유도하며, 균열 함수에 대한 접근 범위가 제한되어 있어 오직 Sivers 유사한 애자이멀 비대칭에 의존함을 보여준다.
• 전류 분열 영역(CFR)에 하나의 해드론, TFR에 다른 하나의 해드론이 생성되는 이중 해드론 생성(DSIDIS)을 도입하며, 콜린스 효과를 활용하여 쿼크의 횡방향 스핀을 탐사한다.
• 불편한/분열 함수와 STMD 균열 함수의 커플링으로서 전체 LO 단면적을 구성하며, 종방향 및 횡방향 타겟 스핀 분포에 대한 스핀 의존 항을 포함한다.
• 구조 함수에 ${\bf P}_{T1} \cdot {\bf P}_{T2}$ 상관관계가 존재함을 규명하며, 이는 CFR와 TFR에 있는 해드론 사이의 장거리 애자이멀 상관관계를 생성한다.
• DSIDIS 단면적의 구조가 두 해드론의 애자이멀 각도에 대한 스핀 비대칭을 통해 모든 16개의 선도-틀리기 균열 함수에 접근 가능함을 입증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 SIDIS의 TFR에서의 단일 해드론 생성은 스핀 및 횡방향 운동량에 의존하는 균열 함수의 전체 집합에 접근하는 데 부적합한가?
• RQ2 이중 해드론 생성(SIDIS, DSIDIS)은 TFR에서 모든 16개의 선도-틀리기 균열 함수에 어떻게 접근할 수 있는가?
• RQ3 콜린스 효과는 TFR에서 쿼크의 횡방향 스핀 측정에 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 DSIDIS에서 발생하는 새로운 스핀에 의존하는 애자이멀 비대칭은 표준 SIDIS의 CFR에서 존재하지 않는가?
• RQ5 CFR와 TFR에 있는 해드론의 횡방향 운동량 상관관계는 DSIDIS 단면적의 애자이멀 구조에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 선형 차수에서 SIDIS의 TFR에서의 단일 해드론 생성은 오직 Sivers 유사한 단일 스핀 애자이멀 비대칭만을 접근하며, 양성자의 스핀 구조에 대한 정보를 제한한다.
• CFR에 하나의 해드론, TFR에 다른 하나의 해드론이 생성되는 DSIDIS 과정은 스핀에 의존하는 애자이멀 비대칭을 통해 모든 16개의 선도-틀리기 균열 함수에 접근 가능하다.
• DSIDIS의 선형 차수(LO) 단면적에는 $\lambda D_{ll}(y) \sigma_{LU}$ 및 $\lambda S_T D_{ll} \sigma_{LT}$ 항이 포함되어 있으며, 이는 표준 SIDIS의 CFR에서는 존재하지 않는 비스핀 단일 스핀 비대칭을 나타낸다.
• ${\bf P}_{T1} \cdot {\bf P}_{T2}$ 상관관계가 구조 함수에 존재함으로써 CFR와 TFR에 있는 해드론 사이의 애자이멀 상관관계가 발생하며, 이는 분석을 복잡하게 만들 수 있지만 새로운 물리적 현상을 제공한다.
• 구조 함수 $\sigma_{LU}$ 는 $\sin(\phi_1 - \phi_2)$ 비례하며, 이는 두 해드론 간 상대적인 애자이멀 각도에 직접적으로 민감함을 나타낸다.
• 제안된 DSIDIS 프레임워크는 향후 시설인 업그레이드된 JLab 12 및 전자-핵 충돌기(EIC)에서 시험하기에 이상적인 조건을 제공한다.