[論文レビュー] Recent Spin Results from STAR

Andrew Gordon|arXiv (Cornell University)|Jun 12, 2009

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、RHIC Run 8におけるSTARのフォワードメソンスペクロメータ（FMS）を用いて、最初にフォワード領域におけるスピン-1 ω中間子の観測を報告している。p+pデータにおいて、ω→π⁰γ崩壊チャンネルが10σの有意性で特定され、今後のスピン非対称性の研究により、高密度核物質におけるコリンズ効果および手術的対称性の回復を調べることが可能になる。

ABSTRACT

In Run 8 at RHIC, STAR significantly enhanced its forward acceptance relative to previous years with the commissioning of a new detector, the Forward Meson Spectrometer (FMS). The large geometrical acceptance of the FMS allows us to extend the forward reach of the data beyond inclusive pions accessed by modular calorimeters. The spin-1 omega is accessible to the FMS through its decay to a neutral pion and a photon. Such events can help disentangle the dynamical origins of observed large analyzing powers in the forward region, and can contribute to our knowledge of the nuclear medium by comparisons of p+p to d+Au. Here we report on the status of this analysis.

研究の動機と目的

• 横方向スピン非対称性におけるコリンズ効果を調べるため、フォワード領域におけるスピン-1 ω中間子の分析力（A_N）を測定すること。
• p+pおよびd+Au衝突におけるω中間子のスペクトル的性質を比較し、中間物質効果（例えば、手術的対称性の回復）を探索すること。
• 重ね合わせたπ⁰π⁰およびη→γγ崩壊に起因する三クラスタイベントからのバックグラウンドを低減し、ω信号を分離すること。
• データと比較して、崩壊生成物の方位角分布（Δφ）を用いて、PYTHIA+GEANTシミュレーションの妥当性を検証・チューニングすること。
• 新設されたFMSを用いたフォワード領域におけるスピン依存的フラグメンテーションの高精度測定の基盤を確立すること。

提案手法

• ω→π⁰γ崩壊から生じるフォワード光子を検出するために、2.5 < η < 4.0をカバーする1264セルの lead-glass アレイであるフォワードメソンスペクロメータ（FMS）を用いた。
• ジャットのようなイベントを主に電磁エネルギー付加が支配するように、少なくとも1つのクラスタでE > 閾値を満たす高タワートリガー条件を適用した。
• π⁰質量ピークをデータおよびシミュレーションから用いてクラスタ再構成とエネルギーキャリブレーションを実施し、約3%のゲイン安定性を達成した。
• 三クラスタイベント選択を実施し、各クラスタでE > 6 GeV、|P_T(triple)| > 2.5 GeV/c、全エネルギー総和 > 30 GeVを満たし、π⁰およびγ成分に対して追加のP_Tおよび質量カットを適用した。
• PYTHIA 6.222 + GEANTを用いて検出器応答をモデル化し、データと比較した。π⁰ピーク幅を一致させるためにエネルギースメアリングを適用した。
• データのRMS（0.827 rad）がシミュレーション（0.616 rad）よりも広がっていることから、フォワード領域におけるj_Tチューニングの改善が求められることを示唆し、Δφ分布（φ(π⁰) - φ(γ)）を再重み付けすることでシミュレーションをチューニングした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 FMSを用いて、フォワード領域におけるω→π⁰γ崩壊チャンネルを明確に特定し、スピン非対称性を抽出できるか？
• RQ2 √s = 200 GeVのp+p衝突において、新設されたFMS検出器を用いた場合、ω信号の有意性と形状は何か？
• RQ3 ω崩壊生成物の方位角分布（Δφ）は、データとPYTHIA+GEANTシミュレーションとでどのように異なるか？これにより、モデル化にどのような示唆が得られるか？
• RQ4 ω質量ウィンドウにおける主要なバックグラウンド源は何か？そして、運動量カットを用いてどのように低減できるか？
• RQ5 p+pおよびd+Auデータにおけるωスペクトル的性質を比較することで、中間物質効果（例：手術的対称性の回復）を調べられるか？

主な発見

• 三クラスタイベントの不変質量分布において、p+pデータに明確なω信号が観測され、有意性は約10標準偏差に達した。
• ωピークはガウス関数＋3次多項式バックグラウンドでフィットされ、質量ピークはμ = 0.784 ± 0.008 GeV/c²、幅はσ = 0.087 ± 0.009 GeV/c²であった。
• ガウスピーク下の全面積は1339 ± 135イベントであった。これはFMSにおける強固で測定可能な信号であることを示している。
• シミュレーションは低質量側を過剰に予測し、高質量側を不足予測しており、フラグメンテーションおよび検出器応答のモデリングに差異があることを示している。
• π⁰とγの崩壊生成物間のΔφ分布では、データのRMS（0.827 rad）がシミュレーション（0.616 rad）よりも広がっており、約10の統計的標準偏差の差異を示した。
• データのΔφ分布を用いてシミュレーションを再重み付けすることで、シミュレートされた質量スペクトルがデータと極めて良好に一致した。これは、Δφの差異が質量スペクトルの不一致を引き起こしていることを確認した。