[论文解读] AnDY : Overview and Plans Feasibility Test of Large Rapidity Drell-Yan Production at RHIC

C. Perkins|arXiv (Cornell University)|Sep 3, 2011

Superconducting Materials and Applications参考文献 3被引用 3

一句话总结

该论文展示了在RHIC的第三个相互作用点（IP2）进行大快速度Drell-Yan过程产生的可行性测试，旨在测量横向上单自旋不对称性$A_N$，以检验Drell-Yan过程与SIDIS过程之间Sivers函数符号变化的理论预测。实验在Run 11中成功收集了超过7.5亿个喷注触发事例，对STAR和PHENIX的影响极小，验证了探测器性能和本底抑制能力，为未来的高精度测量奠定了基础。

ABSTRACT

Measuring the single transverse spin asymmetry $A_N$ for large $x_F$ Drell-Yan production provides the most robust test of our current theoretical understanding of transverse proton spin structure. This includes a measurement of the predicted sign change of the Sivers function in comparison to that found in SIDIS data. The first year of a feasibility test has been completed to define the requirements for measuring large $x_F$ Drell-Yan production at RHIC. The impact of colliding beams at a third IR at RHIC was found to be negligible and a rich jet-triggered data sample was acquired by AnDY in RHIC Run 11. Plans for subsequent runs are currently underway.

研究动机与目标

• 为测试TMD因子化理论中Drell-Yan与SIDIS过程之间Sivers函数符号变化的预测，这是关键的理论检验。
• 建立在RHIC的第三个相互作用区利用大$x_F$ Drell-Yan产生测量$A_N$的实验可行性。
• 确定仅靠量能器是否足以实现信号识别，还是需要追踪系统以实现本底抑制。
• 利用喷注触发事例的真实数据和强子本底测量结果，对标定蒙特卡罗模拟。
• 通过在2015年前完成可行性测试，支持DOE里程碑HP13，为STAR和PHENIX未来的升级铺平道路。

提出的方法

• 在RHIC使用第三个相互作用点（IP2）以避免对STAR和PHENIX造成干扰，最大限度减少对主要实验的影响。
• 部署了一套定制探测器系统，包括强子量能器（HCal）、电磁量能器（ECal）、束流-束流计数器（BBC）和零度量能器（ZDC）。
• 采用完整的触发/数据获取系统，接近零死时间，能够在9.4 MHz束流交叉频率下触发最小迹事件、喷注、$\pi^0$和LED信号。
• 利用光子簇对应的重建$\pi^0$不变质量峰校准HCal能量刻度，精度达到约5%。
• 使用PYTHIA + GEANT模拟验证探测器性能和大$x_F$ Drell-Yan事例的信号效率。
• 计划在Run 12和Run 13中安装分体式磁铁和光纤追踪器，以提高$A_N$测量的灵敏度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在RHIC上，仅靠量能器能否有效区分大$x_F$ Drell-Yan事例与本底？
• RQ2 为实现大快速度Drell-Yan过程中$A_N$测量的足够统计精度，所需的亮度和探测器配置为何？
• RQ3 在磁谱仪中引入追踪是否能显著提高$A_N$测量的信背比？
• RQ4 在第三个相互作用点的对撞束流对STAR和PHENIX亮度的影响是否可忽略？
• RQ5 能否利用此可行性实验的数据，稳健地检验Drell-Yan与SIDIS过程中Sivers函数符号变化？

主要发现

• 在RHIC Run 11中收集了超过7.5亿个喷注触发事例，为本底和信号研究提供了丰富的数据样本。
• 通过光子簇对应的重建$\pi^0$不变质量峰，将HCal能量刻度校准至约5%的精度。
• 碰撞发生在IP2对STAR和PHENIX亮度的影响可忽略不计，每周可实现约10 pb⁻¹的积分亮度。
• 模拟与数据均表明，使用所提出的探测器配置，可在大$x_F$ Drell-Yan探测中实现合理的效率。
• 可行性测试成功证明了仅使用量能器即可实现Drell-Yan中$A_N$测量的可行性，未来计划通过引入追踪进一步提升灵敏度。
• 该实验已按计划支持DOE里程碑HP13，目标在2015年前完成，计划在Run 12和Run 13中利用升级后的ECal和磁铁系统收集约100 pb⁻¹的数据样本。