[論文レビュー] HERMES measurements of Collins and Sivers asymmetries from a transversely polarised hydrogen target

Markus Diefenthaler|ArXiv.org|Jun 15, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用数 25

ひとこと要約

本論文は、横方向にスピンした水素標的に起因する半積分的電磁散乱による荷電パイオンおよびカイオンの生成におけるコリンズおよびシバーズの単一スピン非対称性の予備測定結果を提示する。前回の結果と比較して10倍の統計量を用い、π⁺、π⁰、K⁺に対して顕著な正のシバーズ振幅が観測され、クォークの軌道的角運動量が非ゼロであることを示唆している。一方、コリンズ振幅はπ⁻に対して大きな反符号の寄与を示しており、非ゼロの横スピン分布関数およびシバーズ効果と整合的である。

ABSTRACT

Azimuthal single-spin asymmetries (SSA) in semi-inclusive electroproduction of pi-mesons and charged K-mesons in deep-inelastic scattering of positrons and electrons on a transversely polarised hydrogen target were observed. Significant SSA amplitudes for both the Collins and the Sivers mechanism are presented for the full data set recorded with transverse target polarisation at the HERMES experiment.

研究の動機と目的

• 横方向にスピンした水素標的における半積分的深部非弾性散乱（SIDIS）の方位非対称性（SSA）を測定すること。
• コリンズおよびシバーズのメカニズムを通じて横スピン分布関数およびシバーズ分布関数を調べること。
• クォークの軌道的角運動量およびフレーバー依存性がヌクレオンのスピン構造に与える役割を調査すること。
• 2002年から2005年のデータを統合することで統計的精度を向上させ、前回の結果と比較して統計量を10倍に増加させること。

提案手法

• レプトン散乱面に対して相対するクーロン角φS（標的スピンの方位角）とハドロンの方位角φを用いて方位非対称性を測定する。
• sin(φ±φS)、sin(2φ−φS)、sin(3φ−φS)、sin(φS) 項を含む確率密度関数に対する最尤法によるフィットを用いてコリンズおよびシバーズ振幅を抽出する。
• 運動学的カットを適用：Q² > 1 GeV²、y < 0.95、W² > 10 GeV²、2 < Ph < 15 GeV、0.2 < z < 0.7、θγ*h > 0.02 rad。
• 全運動量範囲でπ±、K±、pを分離可能なHERMES二重放射体リングイメージング・チェレンコフカウンタを用いる。
• コリンズおよびシバーズ振幅を同時に抽出することで、相互の汚染を回避する。
• 標的スピンの8.1%のスケーリング不確実性を含む系統的不確実性を考慮する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 荷電パイオンおよびカイオンのコリンズ分岐関数の大きさと符号は何か、特に非好ましい分岐関数に関しては？
• RQ2 π⁺、π⁰、K⁺のシバーズ振幅が、ヌクレオン内クォークの非ゼロの軌道的角運動量を示唆するか？
• RQ3 シバーズ効果はフレーバー依存性を示すか？これは海クォークがスピン構造に与える寄与に何を示唆するか？
• RQ4 観測された非対称性は因子化仮定と整合的か？特に、ドリフト的ベクトルメソン崩壊からの寄与に関しては？
• RQ5 測定された非対称性は、以前の結果と比較してどう異なるか？統計量の増加により、横スピン分布関数およびシバーズ分布関数に関する何が明らかになるか？

主な発見

• π⁺のコリンズ振幅は正であり、好ましい分岐関数と整合的である。一方、π⁻のコリンズ振幅は負で、同程度の大きさを示しており、非好ましいコリンズ関数からの大きな反符号寄与を示唆している。
• π⁺のシバーズ振幅は顕著に正であり、クォークの非ゼロの軌道的角運動量および非消滅するシバーズ分布関数を示している。
• K⁺のシバーズ振幅はπ⁺よりも大きいことから、海クォークがシバーズ効果に顕著でフレーバー依存性のある寄与をしている可能性を示唆している。
• K⁺およびK⁻に対しては統計的に有意なコリンズ振幅は観測されなかったが、K⁺の値は統計誤差内ではπ⁺と整合的である。
• π⁻およびK⁻のシバーズ振幅はゼロと整合的であり、抽出された非対称性におけるアイソスピン対称性を支持している。
• シミュレーションの結果、ドリフト的ベクトルメソン崩壊に起因するパイオンおよびカイオンの割合は小さいことが示され、観測された非対称性が非因子化寄与によって支配されている可能性は低い。