[論文レビュー] Single spin asymmetries in transversely polarized proton(antiproton) - proton inclusive processes

M. Anselmino, F. Murgia|arXiv (Cornell University)|Aug 26, 1998

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 61

ひとこと要約

本論文は、高次のねじれ(QCD)フレームワークを提示し、内在的横運動量（$\mathbf{k}_\perp$）とスピン依存性クォーク分布関数（$\Delta_N f$）を組み込み、$p^\uparrow p$および$\bar{p}^\uparrow p$の包含的過程における大規模な単一スピン非対称性（SSA）を説明することを目的としている。$p^\uparrow p \to \pi X$データによって固定されたパラメータを用いて、モデルは$\gamma$、$K^\pm$、および$K^0_S$生成におけるSSAを予測し、特に中性kaonでは、破片化関数セットへの強い依存性を示しており、クォーク海とバリオン成分の寄与を区別するための検証可能なシグネチャを提供する。

ABSTRACT

We consider several single spin asymmetries in inclusive, transversely polarized proton(antiproton) - proton processes as higher twist QCD contributions, taking into account spin and intrinsic transverse momentum effects in the quark distribution functions. This approach has been previously applied to the description of the single spin asymmetries observed in transversely polarized proton - proton -> pion + X reactions and all its parameters fixed: we give here predictions for new processes, which agree with experiments for which data are available, and suggest further possible measurements.

研究の動機と目的

• 以前に$f$の$k_\perp$およびスピン依存性分布関数（$\Delta_N f$）を$p^\uparrow p \to \pi X$にフィットした結果を、新しい包含的過程へのSSA予測へと拡張すること。
• 高次のねじれQCDフレームワークが、パイオン、光子、およびカイオンを含む異なる最終状態にわたって一貫性と普遍性を示すかを検証すること。
• SSAの予測が、バリオンと海クォークの寄与の相対的寄与にどのように依存するかを評価すること。
• 特に$K^0_S$生成に関する未来の実験で区別可能な、検証可能な予測を提供すること。
• 高エネルギー強い相互作用衝突における、内在的$\mathbf{k}_\perp$およびスピン効果が、他の可能なSSA生成メカニズムからどのように分離できるかを特定すること。

提案手法

• 高次のねじれ寄与を含むQCD因子化フレームワークを採用し、初期状態にスピンおよび$\mathbf{k}_\perp$依存性を持つ部分子分布関数（$\Delta_N f$）を組み込む。
• 以前に$p^\uparrow p \to \pi X$データにフィットされた、$\Delta_N f$の現象論的パラメータ化を用い、新しい過程に対して自由パラメータを調整せずにすべてのパラメータを固定する。
• 同じ形式を用いて、$\bar{p}^\uparrow p \to \pi X$、$p^\uparrow p \to \gamma X$、および$p^\uparrow p \to K X$におけるSSAを計算し、微分断面積の差分$A_N = (d\sigma^\uparrow - d\sigma^\downarrow)/(d\sigma^\uparrow + d\sigma^\downarrow)$を用いる。
• カイオンに対して、バリオン/海クォークの重みが異なるBKK1、BKK2、BKK3、BKK4といった複数の破片化関数（FF）パラメータ化を用い、$A_N$がFF構造にどれほど敏感であるかを評価する。
• 電荷共役対称性を用いて、$\gamma$およびカイオン生成における$p^\uparrow p$と$\bar{p}^\uparrow p$の結果を関連付ける。
• 特に大きな$x_F$領域において、数値的評価を実施し、予測結果を既存の実験データおよび理論的期待値と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $p^\uparrow p \to \pi X$データによって固定された$k_\perp$およびスピン依存性分布関数$\Delta_N f$が、$\bar{p}^\uparrow p \to \pi X$および$p^\uparrow p \to \gamma X$におけるSSAを自由パラメータなしで定量的に予測できるか。
• RQ2 カイオン生成（$K^\pm$、$K^0_S$）における予測SSAが、破片化関数パラメータ化の選択にどれほど敏感であるか、特にバリオンと海クォークの寄与の相対的寄与に注目して。
• RQ3 $K^0_S$生成におけるSSAが破片化関数セットに強く依存するか、そして、競合するFFモデルを区別するための判別子として機能するか。
• RQ4 $p^\uparrow p \to K X$におけるSSAにおいて、奇妙クォーク分布（例：$I_{+-}$）の寄与は何か。特に大$x_F$領域で有意義な寄与を示すか。
• RQ5 モデルが、グルーオン極、軌道的角運動量など他の提案されたメカニズムと、プロセスに特有の予測によって区別できるか。

主な発見

• 自由パラメータなしで、$\bar{p}^\uparrow p \to \pi X$および$p^\uparrow p \to \gamma X$過程におけるSSAを成功裏に予測し、特に後者の場合、大きな不確実性があるものの、既存の実験データと良好に一致している。
• $p^\uparrow p \to K^\pm X$に対して、実験観測と整合的な大きなSSAを予測しており、$x_F$が大きい領域では$A_N(K^+ + K^-)$が$A_N(K^+)$に近づくことが期待通りに観察されている。
• $K^0_S$生成におけるSSAは破片化関数パラメータ化に強く依存しており、バリオンクォーク寄与を強調するモデルでは$A_N \sim A_N(K^+)$と一致するが、海クォーク寄与が大きいモデルでは符号が反転するか、大きさが変化し、FFセットの検証に明確なテストを提供する。
• 大$x_F$領域では、海クォーク分布の急激な減少により、$K^0_S$生成における奇妙クォーク寄与は無視できるほど小さく、バリオンクォーク効果が支配的である。
• 異なるFFセットに対して$A_N(K^0_S)$の予測は一貫しており、明確に異なるため、この非対称性の測定が、競合する破片化関数パラメータ化の区別に直接的かつ明確に寄与できる。
• このフレームワークは、複数の過程にわたるSSAを一貫性を持って、現象論的に根拠のある記述を提供しており、高エネルギー包含的ハドロン生成における内在的$\mathbf{k}_\perp}$およびスピン依存性部分子分布が主要メカニズムであることを支持している。