[論文レビュー] New COMPASS results on Collins and Sivers asymmetries

F. Bradamante|arXiv (Cornell University)|Nov 3, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、2010年にCERN SPSの固定標的にして横方向にスピンした陽子標的に160 GeV/cのミューオンビームを用いた半包含的深部消去散乱（SIDIS）において、コリンズおよびシヴァーズ非対称性の新しいCOMPASS測定値を提示する。結果は、誤差を2倍以上小さくした以前の発見を確認し、低 $y$ および低 $z$ における陽性ハドロンのシヴァーズ非対称性に顕著な増幅が見られることを示しており、これは、先行する1次歪みモデルが予測しない $Q^2$ または $W$ 依存性を示唆している。

ABSTRACT

The study of transverse spin and transverse momentum effects is an important part of the scientific program of COMPASS, a fixed target experiment at the CERN SPS. For these studies a 160 GeV/c momentum muon beam is scattered on a transversely polarized nucleon target, and the scattered muon and the forward going hadrons produced in DIS processes are reconstructed and identified in a magnetic spectrometer. The measurements have been performed on a deuteron target in 2002, 2003 and 2004, and on a proton target in 2007 and 2010. The results obtained for the Collins and Sivers asymmetries from the data collected in 2010 are here presented for the first time. They nicely confirm the findings of the 2007 run and allow for reduction of the errors by more than a factor of two.

研究の動機と目的

• 横方向にスピンした陽子標的により高精度なデータを用いて、半包含的深部消去散乱（SIDIS）におけるコリンズおよびシヴァーズ非対称性を測定すること。
• 高 $Q^2$ における非対称性の分析を通じて、特にシヴァーズ関数を含む横運動量依存性（TMD）部分子分布関数の1次歪み性を検証すること。
• 特に低 $y$ および低 $z$ におけるシヴァーズおよびコリンズ非対称性の運動量依存性を調査すること。ここでは予期しない増幅が観測されている。
• 将来の偏極SIDISおよびドレル＝ヤン過程における研究を支援するため、横発散性およびシヴァーズ関数のグローバルな現象論的解析に不可欠なデータを提供すること。

提案手法

• CERN SPSの固定標的実験COMPASSにおいて、160 GeV/cのミューオンビームを横方向にスピンした陽子標的に散乱させる。
• 散乱したミューオンおよび前方に発生するハドロンを磁場分離器で再構成し、識別することで、方位角方向分布を測定する。
• コリンズ非対称性は、レプトン散乱面に対してハドロンの方位角分布における $π$-調制振幅として抽出され、$A_{\text{Coll}} = \sum e_q^2 \cdot \Delta_T q \cdot \Delta_T^0 D_q^h / \sum e_q^2 \cdot q \cdot D_q^h$ で表される。
• シヴァーズ非対称性は、ハドロン分布における $\sin\Phi_S$ 調制成分を介して測定され、$\Phi_S = \phi_h - \phi_s$ であり、$A_{\text{Siv}} = \sum e_q^2 \cdot \Delta_0^T q \cdot D_q^h / \sum e_q^2 \cdot q \cdot D_q^h$ で計算される。
• データは $x > 0.032$、$z > 0.2$、$0.1 < y < 0.9$（標準サンプル）の運動量領域で分析され、低 $y$（$0.05 < y < 0.1$）および低 $z$（$0.1 < z < 0.2$）のサブサンプルと比較される。
• 2007年走査と比較して、統計的誤差が2倍以上小さく抑えられ、運動量依存性への感度が向上した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 シヴァーズ非対称性は、1次歪みの期待とは反して、低 $y$ または $W$ において運動量依存性を示すか？
• RQ2 標準 $z > 0.2$ 選択と比較して、低 $z$ 領域（$z > 0.1$）におけるコリンズおよびシヴァーズ非対称性はどのように変化するか？
• RQ3 低 $y$ における陽性ハドロンのシヴァーズ非対称性の増幅は、統計的に有意であり、運動量領域全体で一貫しているか？
• RQ4 低 $y$ および低 $z$ におけるシヴァーズ非対称性の観測された傾向は、$Q^2$ または $W$ 依存性に起因するのか、それとも1次歪みTMD因子化を超える新しい物理現象を示唆するのか？
• RQ5 負のハドロンのシヴァーズ非対称性は、すべての運動量領域でゼロと整合的であるか、対称性の考慮から予想されるようにゼロに近いか？

主な発見

• 陽性ハドロンのシヴァーズ非対称性は、標準サンプル（$0.1 < y < 0.9$）と比較して、低 $y$（$0.05 < y < 0.1$）領域で明確かつ顕著に増加しており、$W$ 値は約3 GeVに低下している。
• 陽性ハドロンのシヴァーズ非対称性は、標準 $z > 0.2$ サンプルと比較して、低 $z$（$0.1 < z < 0.2$）領域で著しく減少しており、強い運動量依存性が示されている。
• 負のハドロンのシヴァーズ非対称性には顕著な傾向が認められず、低 $y$ および低 $z$ 領域の両方でゼロと整合的である。
• コリンズ非対称性は、$z > 0.2$ から $0.1 < z < 0.2$ に移行しても、大きさがわずかに減少するにとどまり、この観測量における $z$-依存性は弱い。
• 2010年の陽子データは、2007年の走査と比較して、コリンズおよびシヴァーズ非対称性の誤差を2倍以上小さくし、以前の発見をより高い精度で確認した。
• 低 $y$ および低 $z$ での観測された増幅は、1次歪みTMD因子化によって予測されておらず、$Q^2$ または $W$ 依存性の可能性を示唆しており、さらなる調査が求められている。