[논문 리뷰] Spin asymmetry for proton-deuteron Drell-Yan process with tensor-polarized deuteron

S. Kumano, Qin-Tao Song|arXiv (Cornell University)|2017. 02. 06.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 HERMES $b_1$ 데이터를 적합하는 텐서-편광된 파트론 분포 함수(PDF)의 매개변수화를 사용하여 양성자-데우터론 Drell-Yan 과정에서 텐서-편광된 스핀 비대칭을 이론적으로 계산한다. 비대칭은 몇 퍼센트 수준이며, 페르미랩-E1039 실험에서 텐서-편광된 반구의 분포를 탐색할 수 있음을 시사하며, 이는 HERMES 데이터와 전통적 모델 간의 괴리 문제를 해결하는 데 핵심적이다.

ABSTRACT

Tensor structure of the deuteron can be studied by deep inelastic scattering and Drell-Yan process to understand it in terms of quark and gluon degrees of freedom. It probes interesting features in the deuteron including a D-wave contribution. In the charged-lepton DIS, twist-two structure functions $b_1$ and $b_2$ are expressed by tensor-polarized parton distribution functions (PDFs). We note that the HERMES experimental measurement of $b_1$ seems to be much different from a conventional theoretical prediction. This puzzling situation should be significantly improved in the near future by an approved experiment to measure $b_1$ at JLab. On the other hand, the tensor-polarized PDFs, especially antiquark distributions, could be measured by spin asymmetries in the Drell-Yan process with a tensor-polarized deuteron at Fermilab. In this work, we estimate tensor-polarization asymmetries for the Fermilab Drell-Yan experiment by using a parametrization for the tensor-polarized PDFs to explain the HERMES $b_1$ data. Obtained spin asymmetries are typically a few percent order and they could be measured by the Fermilab-E1039 experiment. Since the tensor-polarized antiquark distributions will play an important role to solve the puzzle, further theoretical and experimental efforts are needed toward the Drell-Yan experiment at Fermilab and other hadron facilities.

연구 동기 및 목표

• 페르미랩-E1039 실험을 위한 양성자-데우터론 Drell-Yan 과정에서의 텐서-편광된 스핀 비대칭에 대한 이론적 추정을 제공하는 것.
• HERMES에서 측정한 데우터론의 텐서 구조 함수 $b_1$가 이론적 예측보다 현저히 큰 장기적인 수수께끼를 다루는 것.
• 이 $b_1$ 괴리 문제를 해결하는 데 있어 텐서-편광된 반구 분포의 역할을 조사하는 것.
• Drell-Yan 과정을 통해 텐서-편광된 PDF, 특히 반구 분포를 측정하는 것이 가능한지 보여주는 것.

제안 방법

• 연구는 HERMES $b_1$ 데이터를 재현하는 텐서-편광된 PDF의 매개변수화를 사용하며, 유한한 텐서-편광된 반구 분포를 포함한다.
• 이 PDF들을 사용하여 파트온 모델에서 Drell-Yan 단면적을 계산하고, 스핀 비대칭은 $A_Q(x_1,x_2) = \frac{\sigma^\uparrow - \sigma^\downarrow}{\sigma^\uparrow + \sigma^\downarrow}$로 정의한다.
• $Q^2$ 진화는 初기 척도 $Q_0^2 = 2.5$ GeV$^2$에서 시작하는 DGLAP 방정식을 사용하여 수행된다.
• 두 종류의 PDF 매개변수화를 사용한다: 집합 1은 초기에 텐서-편광된 반구 분포가 0이라고 가정하고, 집합 2는 HERMES 데이터를 적합하기 위해 유한한 값을 포함한다.
• 비대칭은 페르미랩 실험의 대표적인 운동량 분율 $x_1 = 0.2, 0.4, 0.6$ 및 에너지 척도 $Q^2 = 30$ GeV$^2$에서 평가된다.
• 오차 밴드는 비대칭 예측의 불확실성을 평가하기 위해 헤시안 방법을 사용하여 추정된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 페르미랩에서 텐서-편광된 데우터론 타겟을 사용한 Drell-Yan 과정을 통해 텐서-편광된 파트론 분포를 탐지할 수 있는가?
• RQ2 실제 텐서-편광된 PDF의 매개변수화에 기반해, 양성자-데우터론 Drell-Yan 과정에서 기대되는 스핀 비대칭의 크기는 얼마인가?
• RQ3 Drell-Yan 비대칭은 특히 소규모-$x_2$ 영역에서 텐서-편광된 반구 분포에 얼마나 민감한가?
• RQ4 $Q^2$ 진화 효과가 初기 값이 0인 텐서-편광된 글루온 분포를 얼마나 생성하는가?
• RQ5 페르미랩-E1039 실험은 텐서-편광된 반구 분포가 있는 모델과 없는 모델을 구별할 수 있는가?

주요 결과

• 계산된 스핀 비대칭 $A_Q(x_1,x_2)$는 몇 퍼센트 수준이므로, 페르미랩-E1039 실험에서 측정 가능하다.
• 비대칭은 소규모-$x_2$ 영역에서 텐서-편광된 반구 분포에 가장 민감하며, 이 영역에서 집합 1과 집합 2의 예측 차이가 가장 크다.
• 초기 텐서-편광된 반구 분포가 0이더라도, $Q^2$ 진화 과정에서 DGLAP 진화로 인해 유한한 텐서-편광된 글루온 분포가 생성된다.
• HERMES $b_1$ 데이터를 적합하기 위해 유한한 텐서-편광된 반구 분포를 포함하는 집합 2 매개변수화는 더 신뢰할 수 있는 비대칭 추정치를 제공한다.
• 오차 밴드를 고려한 후에도 비대칭은 여전히 0에서 유의미하게 다를 정도로 남아 있어, 실험적 탐지에 명확한 신호임을 시사한다.
• 결과는 텐서-편광된 데우터론을 사용한 Drell-Yan 과정가 데우터론의 텐서 구조, 특히 텐서-편광된 반구의 역할을 탐색하는 강력한 도구임을 검증한다.