[논문 리뷰] Spin Physics with the STAR detector

Leslie Bland|arXiv (Cornell University)|2000. 01. 01.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 RHIC에서의 극화된 양성자-양성자 충돌을 통해 양성자 스핀 구조를 탐구하는 데 있어 STAR 검출기의 역할을 서술한다. 광자-제트 공진기 측정을 통해 양성자 스핀에 기여하는 글루온 기여도를 측정하고, W 보손의 붕괴에서 발생하는 전자 및 양성자를 통해 쿼크-반쿼크 해의 극화를 결정한다. 이 연구는 높은 수용각도의 트래킹 및 칼로리메터를 활용하여 핵심 단계 공간 영역에서 정밀도가 세계 최고 수준인 측정을 실현한다.

ABSTRACT

The STAR detector will bring unique capabilities to the study of$\\vec{p}+\\vec{p}$ collisions up to total center of mass energies of 500 GeV atRHIC. The large acceptance of the time projection chamber and theelectromagnetic calorimeter enable STAR to observe jets, and to detect photonsand electrons in important regions of phase space. The premier experiments ofthe STAR spin program are discussed in this contribution. Photon + jetcoincidence measurements will provide the world's best determination of thecontribution gluons make to the proton's spin. Detection of the daughterelectrons and positrons from $W^\\pm$ decay will enable the determination of thepolarization of the $q\\bar{q}$ sea within the proton.

연구 동기 및 목표

• 극화된 $\vec{p}+\vec{p}$ 충돌에서 광자-제트 공진기 측정을 통해 양성자 스핀에 기여하는 글루온 극화 기여도를 결정하기 위해.
• 극화된 양성자 충돌에서 생성된 $W^\pm$ 보손의 붕괴에서 발생하는 전자 및 양성자를 검출하여 양성자 내부의 $q\bar{q}$ 해의 극화를 측정하기 위해.
• STAR 검출기의 타임 프로젝션 챔버와 전자기 칼로리메터의 넓은 수용각도를 활용하여 스핀 물리학에 핵심적인 단계 공간 영역에 접근하기 위해.
• 전용 고통계 측정을 통해 글루온과 해 쿼크 극화를 양성자 내에서 세계에서 가장 정밀하게 규명하기 위해.

제안 방법

• STAR 검출기의 타임 프로젝션 챔버와 전자기 칼로리메터를 활용하여 $\sqrt{s} = 500$ GeV까지의 $\vec{p}+\vec{p}$ 충돌에서 제트와 고립된 광자를 재구성하기 위해.
• 고운동량 영역에서의 분열 및 반작용 제트 균형을 통해 글루온 기여도를 고립시키기 위해 광자-제트 공진기 사건을 측정하기 위해.
• 극화된 양성자 충돌에서 생성된 $W^\pm$ 보손의 붕괴에서 발생하는 고운동량 전자 및 양성자를 검출하여 바닥 쿼크와 해 쿼크의 극화 상태를 추론하기 위해.
• 스핀에 의존하는 효과가 가장 민감한 단계 공간 영역에서 신호 사건을 고립시키기 위해 운동량 재구성 및 사건 선택 기법을 적용하기 위해.
• 검출기의 넓은 수용각도를 활용하여 수용각도 보정을 최소화하고 스핀 구조 함수 측정의 통계 정밀도를 향상시키기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광자-제트 공진기 사건을 통해 측정한 바에 비추어, 양성자 스핀의 몇 퍼센트가 글루온에 의해 기여되는가?
• RQ2 W^\pm 붕괴에서 발생하는 자식 전자 및 양성자를 사용하여 양성자 내부의 $q\bar{q}$ 해의 극화는 어떻게 결정되는가?
• RQ3 STAR 검출기의 스핀에 의존하는 부분입자 분포 함수(글루온 및 해 쿼크 영역)에 대한 감도는 어떠한가?
• RQ4 양성자-양성자 충돌에서의 광자 및 제트의 운동량 분포는 중간 및 고운동량 분율에서 글루온 극화를 어떻게 제약하는가?

주요 결과

• STAR에서의 광자-제트 공진기 측정은 세계에서 가장 정밀한 글루온 극화 기여도 측정을 제공할 것으로 기대된다.
• W^\pm 붕괴에서 발생하는 전자 및 양성자 검출은 양성자 내부의 $q\bar{q}$ 해의 극화를 추출할 수 있게 한다.
• STAR의 타임 프로젝션 챔버와 전자기 칼로리메터의 넓은 수용각도 덕분에 스핀 물리학에 핵심적인 단계 공간 영역에서 정밀 측정이 가능하다.
• 고통계 데이터와 전체 단계 공간 커버리지의 조합은 스핀 구조 함수 측정에서 최소한의 체계적 불확실성을 보장한다.