[논문 리뷰] Single Spin Asymmetries in l p(transv. pol.) --> h X processes and TMD factorisation

M. Anselmino, M. Boglione외 4명|arXiv (Cornell University)|2014. 04. 25.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 전단성 양자수분해함수(TMD) 인과성에 기반하여, 전자-핵자 충돌(ℓp↑→hX)에서 횡방향 스핀을 가진 양자수분해함수의 단일 스핀 비대칭(AN)을 조사한다. Sivers 및 Collins 함수는 SIDIS 데이터에서 추출되었으며, 이론적 예측과 HERMES 실험 데이터 사이에 부호 및 형태에서 양호한 일치를 보이며, 대규모 PT에서 포함 과정에 대한 TMD 인과성의 타당성을 입증한다.

ABSTRACT

Some estimates for the transverse Single Spin Asymmetry, A_N, in the inclusive processes l p(transv. pol.) --> h X, given in a previous paper, are expanded and compared with new experimental data. The predictions are based on the Sivers distributions and the Collins fragmentation functions which fit the azimuthal asymmetries measured in Semi-Inclusive Deep Inelastic Scattering (SIDIS) processes (l p(transv. pol.) --> l' h X). The factorisation in terms of Transverse Momentum Dependent distribution and fragmentation functions (TMD factorisation) -- i.e., the theoretical framework in which SIDIS azimuthal asymmetries are analysed -- is assumed to hold also for the inclusive process l p --> h X at large P_T. The values of A_N thus obtained agree in sign and shape with the data. Some predictions are given for future experiments.

연구 동기 및 목표

• 횡방향 스핀이 있는 양자수분해함수를 가진 포함형 전자-핵자 충돌에서 TMD 인과성의 적용 가능성을 테스트한다.
• 단일 스핀 비대칭(AN)의 이론적 예측을 새로운 HERMES 데이터와 비교한다.
• SIDIS 데이터에 피팅된 Sivers 및 Collins 함수가 서로 다른 하드 배타적 과정 간에 일관된가를 평가한다.
• 향후 전자-이온 충돌기(EIC) 실험을 위한 예측 기준을 제공한다.

제안 방법

• SIDIS에서 사용된 동일한 프레임워크를 가정하여, ℓp↑→hX 과정에 TMD 인과성 형식을 적용한다.
• SIDIS 데이터에서 추출한 Sivers 분포 함수(∆Nfq/p↑)와 Collins 분해 함수(Dh/q)를 사용한다.
• 스핀 의존성과 비스핀 의존성 횡단면의 비율을 이용하여 AN을 계산하며, 애자이멀 각도 및 횡방향 운동량 의존성을 포함한다.
• 파트온 운동량(k⊥, p⊥)에 대한 통합을 수행하고, 부분 반응에서 운동량 보존을 확보하기 위해 델타 함수를 사용한다.
• 두 번째 순위의 TMD 인과성 프레임워크를 기반으로 하며, TMD 분포 및 분해 함수의 2차 순위를 가정한다.
• 대규모 PT에서의 이론적 예측을 TMD 프레임워크에 부합하는 운동역학 영역으로 선택하여 HERMES 데이터와 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대규모 횡방향 운동량에서 포함형 ℓp↑→hX 과정에 대해 TMD 인과성이 성립하는가?
• RQ2 SIDIS에서 추출한 Sivers 및 Collins 함수가 ℓp↑→hX 과정의 AN을 기술할 수 있는가?
• RQ3 AN에 대한 이론적 예측이 HERMES 실험 데이터의 부호 및 형태와 일치하는가?
• RQ4 전자-이온 충돌기(EIC)에서의 향후 측정치에 대해 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• TMD 인과성과 SIDIS에서 유도된 Sivers/Collins 함수를 기반으로 한 AN 이론적 예측은 HERMES 데이터와 부호 및 형태에서 양호한 일치를 보인다.
• 예측된 비대칭은 양성자에서 유도된 양자수분해함수의 횡방향 운동량 분포에서 관측된 좌우 비대칭과 일치한다.
• 이 모델은 다양한 PT 값 범위에서 AN을 성공적으로 기술하여, TMD 인과성의 포함 과정으로의 확장이 타당함을 입증한다.
• 이 결과는 SIDIS 및 포함형 전자-핵자 충돌과 같은 서로 다른 하드 과정 간에 TMD 분포의 보편성(유니버설리티)을 지지한다.
• 본 연구는 향후 EIC에서의 측정치를 위한 예측 프레임워크를 제공하며, 특히 TMD 보편성의 검증에 유용하다.
• 분석 결과, 이 운동역학 영역에서 Sivers 효과가 스핀 비대칭의 주요 기여를 차지하며, 다른 3차 순위 메커니즘의 기여는 최소한이다.