[논문 리뷰] Transversity and Lambda polarization

M. Anselmino|ArXiv.org|2003. 02. 02.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 실험적으로 측정되지 않은 채로 남아 있는 전단 스핀 분포함수 $h_1$를 접근하기 위해 COMPASS에서 반투과성 양성자-양성자 충돌과 반투과성 양성자-양성자 충돌을 이용하여 반투과성 깊은 비탄성 산란(SIDIS)을 제안한다. 횡방향으로 극화된 양성자에서 $\Lambda$ 바리온의 횡방향 극화를 측정함으로써, $h_1$와 켈리-홀드의 전단 스핀 분포함수 $\Delta_T D_{\Lambda/q}$의 콘볼루션을 통해 $h_1$를 추출할 수 있으며, 이는 양성자의 횡방향 스핀 구조를 모델에 의존하지 않고 탐색할 수 있는 새로운 길을 제시한다.

ABSTRACT

Two related issues are discussed, which might be easily explored by present and future COMPASS experiments. The first one deals with the new world of transversity, the fundamental polarized parton distribution so far totally unknown. The second issue concerns Lambda production in polarized semi-inclusive processes, with a measurement of the Lambda polarization, which might give novel information on distribution and fragmentation properties of polarized partons. In case of transverse polarization the detection of Lambda's gives access to a new way of measuring transversities. Also the interesting case of Lambda polarization in unpolarized processes is discussed.

연구 동기 및 목표

• 실험적으로 측정되지 않은 전단 스핀 분포함수 $h_1$를 측정함으로써 양성자의 횡방향 스핀 구조에 대한 근본적인 이해의 격차를 메우기 위해.
• 횡방향으로 극화된 양성자와 검출된 $\Lambda$ 하이퍼온을 포함하는 반투과성 과정을 통해 $h_1$에 접근할 수 있는 가능성을 탐색하기 위해.
• 단일 스핀 비대칭에 기여하는 다양한 켈리-홀드의 함수—특히 콜린스 함수와 전단 스핀 분포함수—의 기여를 분리하기 위해.
• 비극화된 양성자-양성자 충돌에서 횡방향 $\Lambda$ 극화의 기원을 탐색하고, 이를 극화된 분포함수 $\Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/q}$와 연결하기 위해.
• 다양한 반응과 운동학적 범위의 데이터를 통합하여 $h_1$를 추출하고 QCD 진화를 검증함으로써 스핀 의존성 부분자 역학에 대한 종합적인 이해를 향상시키기 위해.

제안 방법

• 횡방향으로 극화된 양성자를 사용한 반투과성 깊은 비탄성 산란(SIDIS)을 통해 단일 스핀 비대칭 $A_N$를 이용하여 전단 스핀 분포함수 $h_1$를 접근한다.
• 단일 스위치 비대칭 $A_N$를 $h_1$와 콜린스 함수 $\Delta^N D_{\pi/q^\uparrow}$의 콘볼루션으로 모델링하며, 이는 횡방향으로 극화된 쿼크의 하이드로제네이션 과정에서의 아작각 비대칭을 기술한다.
• 다른 $y$-의존성과 아작각 $\Phi_C$ 대비 $\Phi_S$ 행동을 이용하여 $A_N$에 기여하는 시버스 함수 $\Delta^N f_{q/p^\uparrow}$와 콜린스 함수의 기여를 분리한다.
• 식 (17)과 같이, 극화된 분포함수 $\Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/q}$와 비극화된 분포함수 $\hat{D}_{\Lambda/q}$의 비율을 사용하여 SIDIS에서 $\Lambda$의 횡방향 극화를 측정한다.
• charged-current 뉴트리노 산란(예: NOMAD 데이터)을 이용하여 식 (18)과 같이 $\Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/u}/\hat{D}_{\Lambda/u}$에 대한 거의 직접적인 측정을 얻어 $\Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/q}$를 제약한다.
• RHIC에서의 $p p^\uparrow$ 충돌과 SIDIS의 측정을 통합하여 $h_1$와 $\Delta_T D_{\Lambda/c}$를 동시에 추출하며, 서로 다른 운동학적 의존성과 QCD 진화를 활용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SIDIS에서 $\Lambda$ 하이퍼온의 극화를 이용하여 콜린스 함수 $\Delta^N D_{\pi/q^\uparrow}$와의 콘볼루션을 통해 전단 스핀 분포함수 $h_1$를 추출할 수 있는가?
• RQ2 생산 과정에서 $A_N$에 기여하는 시버스 함수와 콜린스 함수의 기여는 어떻게 분리할 수 있는가?
• RQ3 SIDIS에서 횡방향으로 극화된 $\Lambda$ 바리온을 생성하는 데 있어 전단 스핀 분포함수 $\Delta_T D_{\Lambda/q}$의 역할은 무엇인가?
• RQ4 charged-current 뉴트리노 산란 데이터를 통해 극화된 분포함수 $\Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/q}$는 어느 정도 제약을 받을 수 있는가?
• RQ5 SIDIS와 $p p^\uparrow$ 충돌의 측정을 통합하면 $h_1$와 그 QCD 진화를 어떻게 더 잘 추출할 수 있는가?

주요 결과

• 전단 스핀 분포함수 $h_1$는 콜린스 함수 $\Delta^N D_{\pi/q^\uparrow}$와의 콘볼루션을 통해 SIDIS에서 단일 스핀 비대칭 $A_N$을 통해 접근할 수 있으며, 이 비대칭은 쿼크의 극화 방향과 파이온의 횡방향 운동량 사이의 아작각 $\Phi_C$ 의존성에 따라 달라진다.
• 시버스 함수 $\Delta^N f_{q/p^\uparrow}$는 다른 $y$-의존성과 아작각 $\Phi_S$ 행동을 보이며, 운동학적 변수를 정교하게 분석함으로써 콜린스 기여와 분리할 수 있다.
• 비극화된 SIDIS 과정에서의 횡방향 $\Lambda$ 극화는 극화된 분포함수 $\Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/q}$에 의해 결정되며, 이는 식 (18)에서 보듯이 charged-current 뉴트리노 데이터를 통해 추출할 수 있다. 여기서 $P_N^{[\nu\ell]} \simeq \Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/u} / \hat{D}_{\Lambda/u}$이다.
• 전단 스핀 분포함수 $\Delta_T D_{\Lambda/q}$는 콜린스 함수와 달리 $k_\perp = 0$ 에서도 0이 아니며, 모델링하기가 더 쉬울 것으로 예상되어 $h_1$ 추출에 있어 유망한 채널로 간주된다.
• RHIC에서의 $p p^\uparrow \to \Lambda^\uparrow X$와 SIDIS에서의 $P_N(\Lambda)$ 측정을 통합하면 $h_1$와 $\Delta_T D_{\Lambda/c}$에 대한 상보적인 제약 조건을 제공할 수 있으며, 이는 추출의 신뢰성을 높인다.
• QCD $Q^2$ 진화는 $h_1$에 대해 잘 알려져 있으며, 다양한 $Q^2$ 범위의 데이터를 사용하여 검증할 수 있어 추출된 $h_1$ 분포의 일관성에 대한 중요한 검증이 가능하다.