[論文レビュー] Longitudinal and transverse spin asymmetries for inclusive jet production at mid-rapidity in polarized p+p collisions at sqrt{s}=200 GeV

the STAR Collaboration, L. Adamczyk+372 more|arXiv (Cornell University)|May 11, 2012

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、2005年および2006年のデータを用いて、√s = 200 GeV の極化 p+p 衝突における中間ラピディティ付近での包含ジェット生成における縦方向および横方向のスピン非対称性を、縦方向と横方向のスピン非対称性として提示する。横方向スピン非対称性に顕著なものは観測されないが、縦二重スピン非対称性 $A_{LL}$ がグルーオンスピン分布 $Δ g(x)$ に敏感であることが判明し、結果は以前のグローバルフィットと比較して $Δ G$ が小さいことを支持しており、$x \sim 0.02-0.2$ の領域における陽子内グルーオンの偏極が小さいことを示唆している。この結果は $Δ G$ を制約し、グローバルな DSSV フィットに情報を提供し、包含ジェットデータが極化部分子分布関数を精緻化する上で重要な役割を果たすことを強調している。

ABSTRACT

We report STAR measurements of the longitudinal double-spin asymmetry A_LL, the transverse single-spin asymmetry A_N, and the transverse double-spin asymmetries A_Sigma and A_TT for inclusive jet production at mid-rapidity in polarized p+p collisions at a center-of-mass energy of sqrt{s} = 200 GeV. The data represent integrated luminosities of 7.6 /pb with longitudinal polarization and 1.8 /pb with transverse polarization, with 50-55% beam polarization, and were recorded in 2005 and 2006. No evidence is found for the existence of statistically significant jet A_N, A_Sigma, or A_TT at mid-rapidity. Recent model calculations indicate the A_N results may provide new limits on the gluon Sivers distribution in the proton. The asymmetry A_LL significantly improves the knowledge of gluon polarization in the nucleon.

研究の動機と目的

• 極化 p+p 衝突における中間ラピディティ付近の包含ジェット生成における縦方向および横方向スピン非対称性を、√s = 200 GeV で測定すること。
• ジェット生成が陽子のグルーオンスピンの敏感さに与える影響を $A_{LL}$ を用いて $\Delta g(x)$ に探る。
• 包含ジェット非対称性を用いて、偏極グルーオン分布の積分値 $\Delta G$ を制約し、深く浸透した散乱（DIS）データからの以前の制約を改善すること。
• DSSV などのグローバル解析にデータを提供し、RHIC、DIS、SIDIS データを統合して $x$ 範囲を広くカバーした $\Delta g(x)$ を抽出すること。
• 運動量領域および検出器の受容領域の影響が、特にジェットコーン半径やエネルギースケールの変化に伴ってスピン非対称性抽出に与える影響を評価すること。

提案手法

• 本分析では、RHIC の STAR 実験で得られた 2005 年および 2006 年のデータを用い、√s = 200 GeV の極化 p+p 衝突における包含ジェット生成を対象とする。
• イベントレベルの相関関係を用いて、ジェットの横方向運動量と陽子スピンの向きの間に、$A_{LL}$、$A_N$、$A_{\Sigma}$、$A_{TT}$ のスピン非対称性を抽出する。
• 理論的予測とデータの比較には、NLO pQCD 計算を用い、CTEQ6 および GRSV2000 STND 部分子分布関数を用いる。
• ジェット再構築には、受容領域に起因する系統的不確実性を最小限に抑えるために、$R = 0.4$ のコーン半径を採用する。
• スケールおよび高次の補正への感受性は、因子化および重正化スケールを $2p_T$ および $p_T/2$ の範囲で変化させることで評価され、$R = 0.4$ 時に感受性が低下することが示された。
• 結果は、Mellin モーメントを用いて $\Delta g(x)$ を測定範囲外の $x$ 領域に外挿することで、$\Delta G$ の抽出を可能にする DSSV ようなグローバルフィットに組み込まれる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 包含ジェット生成が、中間ラピディティ付近の陽子内スピン依存グルーオン分布関数 $\Delta g(x)$ に与える感受性はどの程度か？
• RQ2 測定された縦方向および横方向スピン非対称性 $A_{LL}$ および $A_N$ は、偏極部分子分布関数に基づく NLO pQCD 予測とどの程度一致するか？
• RQ3 RHIC のジェット非対称性データは、DIS データのみに比べて、全グルーオン偏極 $\Delta G$ の制約をどの程度改善するか？
• RQ4 スケールおよび高次の QCD 補正は、スピン非対称性抽出にどの程度影響を及ぼし、検出器の受容領域およびコーンサイズによってどのように緩和されるか？
• RQ5 包含ジェットデータを DSSV ようなグローバル解析に組み込むことで、特に $x \sim 0.02-0.2$ 範囲における $\Delta g(x)$ の不確実性を低減できるか？

主な発見

• 統計的に有意な横方向スピン非対称性（$A_N$、$A_\Sigma$、$A_{TT}$）は観測されず、グルーオン Sivers 分布関数に対する新たな上限が得られた。
• 縦二重スピン非対称性 $A_{LL}$ はグルーオンスピン分布 $\Delta g(x)$ に敏感であることが判明し、データは GRSV スタンダードフィットと比較して $\Delta G$ が小さいことを支持している。
• 測定された $A_{LL}$ 値は、以前の最良適合の DIS 曲線（GRSV スタンダード）の下に位置しており、陽子内グルーオンの偏極が小さいことを示唆している。
• $x \sim 0.02-0.2$ の範囲では、DSSV グローバル解析において、$Q^2 = 10$ GeV² における $\chi^2$ + 2% の $\Delta g(x,Q^2)$ の上限が、GRSV スタンダード値のおおよそ半分にまで低下している。
• このジェット非対称性データをグローバルフィットに組み込むことで、$\Delta g(x)$ の不確実性が顕著に低減され、特に RHIC がカバー可能な $x$ 範囲で顕著である。
• $R = 0.4$ のジェットコーン半径の使用により、スケールおよび高次の QCD 補正への感受性が最小限に抑えられ、$A_{LL}$ 抽出の堅牢性が向上した。