[논문 리뷰] Transverse spin azimuthal asymmetries in SIDIS at COMPASS: Multidimensional analysis

B. Parsamyan|arXiv (Cornell University)|2015. 04. 07.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 2010년 COMPASS 데이터를 사용하여 반응형 깊은 비탄성 산란(SIDIS)에서 횡방향 스핀 아작각 비대칭성의 첫 번째 多차원 추출을 제시한다. $x$, $Q^2$, $z$, $p_T$ 의 의존성을 분석하며, 주요 결과로 Sivers, Collins, $A_{LT}^{\text{cos}(\theta)}$, $A_{UT}^{\text{sin}(\theta_S)}$ 비대칭성의 비영 신호를 관찰하였고, Sivers 및 Collins 효과에서 $Q^2$-의존성이 관측되어 TMD 진화 연구에 중요한 정보를 제공한다.

ABSTRACT

COMPASS is a high-energy physics experiment operating at the SPS at CERN. Wide physics program of the experiment comprises study of hadron structure and spectroscopy with high energy muon and hadrons beams. As for the muon-program, one of the important objectives of the COMPASS experiment is the exploration of the transverse spin structure of the nucleon via spin (in)dependent azimuthal asymmetries in single-hadron production in deep inelastic scattering of polarized leptons off transversely polarized target. For this purpose a series of measurements were made in COMPASS, using 160 GeV/c longitudinally polarized muon beam and transversely polarized $^{6}LiD$ (in 2002, 2003 and 2004) and $NH_{3}$ (in 2007 and 2010) targets. The experimental results obtained by COMPASS for unpolarized target azimuthal asymmetries, Sivers and Collins effects and other azimuthal observables play an important role in the general understanding of the three-dimensional nature of the nucleon. Giving access to the entire "twsit-2" set of transverse momentum dependent parton distribution functions and fragmentation functions COMPASS data triggers constant theoretical interest and is being widely used in phenomenological analyses and global data fits. In this review main focus is given to the very recent results obtained by the COMPASS collaboration from first ever multi-dimensional extraction of transverse spin asymmetries.

연구 동기 및 목표

• COMPASS 데이터를 사용하여 SIDIS에서 횡방향 스핀 아잭각 비대칭성(TSA)의 첫 번째 다차원 추출을 수행하기 위해.
• 핵자 구조에 대한 이해를 향상시키기 위해 TSA의 전체 $x$-$Q^2$-$z$-$p_T$ 위상공간 의존성을 탐구하기 위해.
• TMD 진화 방정식 테스트를 위한 입력으로서 TSA의 $Q^2$-의존성을 추출하기 위해.
• 고차수 및 1차수 횡방향 스핀 비대칭성을 측정하며, Sivers, Collins 및 $A_{LT}^{\text{cos}(\theta)}$ 효과를 포함하기 위해.
• 고통계량 COMPASS 데이터를 사용하여 고차수 비대칭성에 대한 이론 예측을 검증하기 위해.

제안 방법

• 160 GeV/c 뮤온 비틀기와 횡방향으로 극화된 $^6$LiD 및 $NH_3$ 표적을 사용한 SIDIS 데이터의 다중차원 분석.
• 3차원($x$-$Q^2$-$z$, $x$-$z$-$p_T$ 등) 및 4차원 격자에서 다수의 운동역학적 구성에 걸쳐 여덟 가지 TSA의 체계적 추출.
• 모델에 의존하지 않는 단면적 공식(Eq. 1)을 사용하여 $\text{cos}(\theta)$, $\text{sin}(\theta)$ 및 $\text{sin}(3\theta - \theta_S)$ 의존성을 갖는 조절 항으로 비대칭성을 분해.
• Wandzura-Wilczek 근사를 적용하여 고차수 TMD를 1차수 수준으로 감소시켜 현상학적 해석을 가능하게 하였다.
• 7×6 $z$-$p_T$ 격자 및 다수의 $x$-비닝에서 비대칭성을 통계적으로 추출하여 다변수 의존성을 해결.
• Kotzinian 등(2006)의 이론 예측과 $A_{LT}^{\text{cos}(\theta)}$ 결과를 비교.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Sivers 및 Collins 비대칭성의 $Q^2$-의존성은 다차원 운동역학 공간에서 어떻게 나타나는가?
• RQ2 횡방향 스핀 비대칭성은 다양한 $x$, $z$, $p_T$ 비닝에서 어떻게 변화하는가?
• RQ3 $A_{UT}^{\text{sin}(\theta_S)}$ 비대칭성이 비영인가? 그 $z$-의존성은 고차수 TMD에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ4 $A_{LT}^{\text{cos}(\theta)}$ 이중스핀 비대칭성은 비영 신호를 보이며, 이는 이론적 기대와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 남은 네 가지 TSA는 0과 일치하는가? 그리고 현재의 고차수 예측과 일치하는가?

주요 결과

• Sivers 비대칭성은 양성자에서 상당한 신호를 보이며, $p_T$ 증가에 따라 증가하고, 큰 $z$ 에서는 $Q^2$-의존성이 암시된다.
• Collins 비대칭성은 양성자와 음성자 간에 명확한 대칭 반전 행동을 보이며, $z$ 및 $p_T$ 증가에 따라 크기가 증가한다.
• $A_{UT}^{\text{sin}(\theta_S)}$ 비대칭성은 비영이면서 유의미하며, 큰 $z$ 에서는 고차수 효과가 측정 가능하다는 것을 시사한다.
• $A_{LT}^{\text{cos}(\theta)}$ 이중스핀 비대칭성은 유일하게 비영인 DSA로 관측되었으며, Kotzinian 등(2006)의 이론 예측과 일치하는 데이터를 제공한다.
• 남은 네 가지 비대칭성($A_{UT}^{\text{sin}(2\theta_h - \theta_S)}$, $A_{UT}^{\text{sin}(3\theta_h - \theta_S)}$, $A_{LT}^{\text{cos}(\theta_S)}$, $A_{LT}^{\text{cos}(2\theta_h - \theta_S)}$)은 통계 정확도 내에서 0과 일치한다.
• 다차원 분석은 Sivers 및 Collins 효과에서 비트리비얼한 $x$- 및 $Q^2$-의존성을 드러내며, TMD 진화 연구에 직접적인 입력을 제공한다.