[论文解读] Transversity and Lambda polarization

M. Anselmino|ArXiv.org|Feb 2, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本文提出利用 COMPASS 实验中的半包容深度非弹性散射（SIDIS）和极化质子-质子碰撞，探测至今尚未在实验上测量的胶子横向分布函数 $h_1$。通过测量 SIDIS 中横向极化质子产生的 $Λ$ 重子的横向极化，该研究实现了通过与手征-奇异性横向分布函数 $\Delta_T D_{\Lambda/q}$ 的卷积来提取 $h_1$，从而为探究核子的横向自旋结构提供了一条新颖且模型无关的途径。

ABSTRACT

Two related issues are discussed, which might be easily explored by present and future COMPASS experiments. The first one deals with the new world of transversity, the fundamental polarized parton distribution so far totally unknown. The second issue concerns Lambda production in polarized semi-inclusive processes, with a measurement of the Lambda polarization, which might give novel information on distribution and fragmentation properties of polarized partons. In case of transverse polarization the detection of Lambda's gives access to a new way of measuring transversities. Also the interesting case of Lambda polarization in unpolarized processes is discussed.

研究动机与目标

• 通过测量尚未测量的 transversity 分布 $h_1$，解决对核子横向自旋结构理解的根本性空白。
• 探索通过包含横向极化质子和探测到的 $\Lambda$ 超子的半包容过程来获取 $h_1$ 的可行性。
• 区分贡献于单自旋不对称性的不同手征-奇异性函数（特别是 Collins 函数和 transversity 分布函数）的贡献。
• 研究在未极化质子-质子碰撞中 $\Lambda$ 横向极化的起源，将其与极化分布函数 $\Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/q}$ 联系起来。
• 结合多个反应和动量范围的数据，提取 $h_1$ 并检验其 QCD 海量演化，从而提升对自旋依赖部分子动力学的全局理解。

提出的方法

• 利用横向极化质子的半包容深度非弹性散射（SIDIS），通过单自旋不对称性 $A_N$ 在产生 π 介子和 $\Lambda$ 时探测 transversity $h_1$。
• 将单自旋不对称性 $A_N$ 建模为 $h_1$ 与 Collins 函数 $\Delta^N D_{\pi/q^\uparrow}$ 的卷积，后者描述了横向极化夸克在强子化过程中的方位角不对称性。
• 通过利用不同 $y$-依赖性和方位角 $\Phi_C$ 与 $\Phi_S$ 的行为差异，区分 $A_N$ 中来自 Sivers 函数 $\Delta^N f_{q/p^\uparrow}$ 和 Collins 函数的贡献。
• 利用式 (17) 中的极化分布函数比值 $\Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/q}$ 与非极化分布函数 $\hat{D}_{\Lambda/q}$，测量 SIDIS 中 $\Lambda$ 的横向极化。
• 利用带电电流中微子散射（如 NOMAD 数据）来近乎直接地测量 $\Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/u}/\hat{D}_{\Lambda/u}$，如式 (18) 所示，以约束 $\Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/q}$。
• 结合来自 SIDIS 和 RHIC 中 $p p^\uparrow$ 碰撞的数据，利用不同的动量依赖性和 QCD 海量演化，同时提取 $h_1$ 和 $\Delta_T D_{\Lambda/c}$。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过测量 SIDIS 中 $\Lambda$ 超子极化所获得的单自旋不对称性来提取 transversity $h_1$？
• RQ2 在 $\Lambda$ 产生过程中，如何将 Sivers 函数和 Collins 函数对 $A_N$ 的贡献区分开来？
• RQ3 transversity 分布函数 $\Delta_T D_{\Lambda/q}$ 在 SIDIS 中产生横向极化 $\Lambda$ 重子的过程中起什么作用？
• RQ4 在多大程度上可以利用带电电流中微子散射数据来约束极化分布函数 $\Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/q}$？
• RQ5 结合 SIDIS 和 $p p^\uparrow$ 碰撞的测量结果，如何改善 $h_1$ 及其 QCD 海量演化特性的提取？

主要发现

• 通过与 Collins 函数 $\Delta^N D_{\pi/q^\uparrow}$ 的卷积，可以在 SIDIS 中利用单自旋不对称性 $A_N$ 探测 transversity 分布 $h_1$，其中不对称性依赖于夸克极化方向与 π 介子横向动量之间的方位角 $\Phi_C$。
• Sivers 函数 $\Delta^N f_{q/p^\uparrow}$ 对 $A_N$ 的贡献具有不同的 $y$-依赖性和方位角 $\Phi_S$ 行为，若对动量变量进行仔细分析，可与 Collins 贡献分离。
• 在未极化 SIDIS 过程中，$\Lambda$ 的横向极化由极化分布函数 $\Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/q}$ 所支配，该函数可从带电电流中微子数据中提取，如式 (18) 所示，其中 $P_N^{[\nu\ell]} \simeq \Delta^N D_{\Lambda^\uparrow/u} / \hat{D}_{\Lambda/u}$。
• 与 Collins 函数不同，transversity 分布函数 $\Delta_T D_{\Lambda/q}$ 在 $k_\perp = 0$ 处不为零，且预计更易于建模，使其成为提取 $h_1$ 的有前途通道。
• 结合 SIDIS 中 $P_N(\Lambda)$ 和 RHIC 中 $p p^\uparrow \to \Lambda^\uparrow X$ 的测量，可对 $h_1$ 和 $\Delta_T D_{\Lambda/c}$ 提供互补约束，从而增强提取结果的可靠性。
• 已知 $h_1$ 的 QCD $Q^2$ 海量演化，可通过不同 $Q^2$ 范围的数据进行检验，为提取的 $h_1$ 分布提供关键的一致性验证。