[论文解读] A New Scaling for Single-Spin Asymmetry in Meson and Baryon Hadroproduction

V. Abramov|CERN Document Server (European Organization for Nuclear Research)|Oct 11, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 7

一句话总结

本文提出了一种新的标度变量 $x_A = E/E^{ ext{BEAM}}$，用于描述极化质子-质子碰撞中单自旋不对称性 ($A_N$) 的包括介子和重子产生过程。结果表明，$A_N$ 可分解为 $p_T$ 和 $x_A$ 的函数的乘积，实现了在高能数据（特别是高于 40 GeV 且 $p_T \geq 1$ GeV/c）中的统一描述，精度达 0.02–0.06，可实现对未探索动量区域的预测，并对模型施加约束。

ABSTRACT

Experimental data on analyzing power for inclusive meson and baryon production in hadron-proton(polarized) collisions have been analyzed. It is found that the existing data can be described by a simple function of collision energy, transverse momentum (Pt) and a new scaling variable Xa = E/Ebeam. At beam energies above 40 GeV and Pt above 1 GeV/c the analyzing power is described by a function of Xa and Pt only (AN = F(Pt)G(Xa)) for both polarized proton fragmentation and central regions of proton-hadron collision. Comparison of data from Fermilab and new IHEP data measured using 40 GeV/c polarized proton beam was most decisive for the revelation of the above regularities. This new scaling law allows one to predict the analyzing powers for kinematic regions, not yet explored in experiments and constrains models of strong interactions. The new scaling law allows one also to use some reactions as polarimeters for experiments with a polarized beam.

研究动机与目标

• 识别一个普适的标度变量，以统一描述不同束流能量和横动量下，包括介子和重子产生过程中单自旋不对称性 ($A_N$) 的行为。
• 检验 $A_N$ 是否可分解为 $p_T$ 和新标度变量的独立函数，以改进以往基于 $x_F$ 或 $x_T$ 的标度方法。
• 利用费米实验室的高能数据和新的 IHEP 40 GeV/c 极化束流数据验证新标度，尤其针对 $\pi^+$ 产生过程。
• 实现在未探索动量区域中 $A_N$ 的预测，并评估某些反应在今后实验中作为极化计的实用性。

提出的方法

• 定义一个新的标度变量 $x_A = E/E^{\text{BEAM}}$，其中 $E$ 为探测到强子的能量，$E^{\text{BEAM}}$ 为实验室参考系中的束流能量。
• 提出因子化形式 $A_N = F(p_T) \cdot G(x_A)$，将高能、高 $p_T$ 数据中的 $p_T$ 与 $x_A$ 依赖关系分离。
• 利用费米实验室和 IHEP 的实验数据（包括 200 GeV/c 和 40 GeV/c 的 $p^\uparrow p$ 碰撞）测试标度，并拟合 $F(p_T)$ 与 $G(x_A)$ 中的参数。
• 在极化靶实验中应用 $x_A$ 的洛伦兹不变表达式，确保在不同参考系中的一致性。
• 通过公式 (8) 中的项建模非渐近的能依赖修正，该修正在 $E^{\text{BEAM}} \geq 70$ GeV 时可忽略不计。
• 利用表 1–8 中拟合的参数，预测未测量反应和动量区域的 $A_N$，包括 $\pi^0$、$\eta$、$K^+$ 和 $\Lambda$ 的产生。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否能通过单一标度变量 $x_A = E/E^{\text{BEAM}}$，统一描述包括介子和重子产生中不同束流能量和 $p_T$ 值下的 $A_N$？
• RQ2 因子化形式 $A_N = F(p_T) \cdot G(x_A)$ 是否在高 $p_T$ 和高能区域优于传统的 $x_F$ 或 $x_T$ 标度？
• RQ3 在高 $p_T$（如 $p_T \geq 2$ GeV/c）区域，$A_N$ 的行为如何？是否如某些 QCD 模型所预测的那样减小？
• RQ4 新标度能否预测尚未测量的反应（如 $\pi^0$ 或 $\eta$ 产生）的 $A_N$？$A_N$ 在何处穿过零点？
• RQ5 对于重子（如 $p$、$\Lambda$）和较重的介子（如 $K^+$），$x_A$ 标度的适用程度如何？质量效应如何影响不对称性？

主要发现

• $x_A$ 标度对 $E^{\text{BEAM}} \geq 40$ GeV 且 $p_T \geq 1$ GeV/c 条件下，$p^\uparrow p$ 碰撞中 $\pi^+$、$\pi^0$、$K^+$、$\eta$ 和 $\Lambda$ 产生的 $A_N$ 提供了精确描述，精度为 0.02–0.06。
• $x_A$ 标度在 $\pi^+$ 产生中最为稳健，得到了六组独立测量的支持，覆盖了广泛的 $p_T$、$x_A$ 和 $\sqrt{s}$ 范围。
• 对于 $\pi^{-}$ 和质子产生，观察到显著的非渐近能依赖贡献，可能源于胶子或初态质子的贡献。
• $K^+$ 产生的 $A_N$ 不对称性小于 $\pi^+$，可能由于奇异夸克质量较大，其色磁矩（$\mu \propto 1/m_q$）减小。
• $A_N$ 的 $x_A$ 依赖性表现出特征性的零交叉点 $x_0$，与涉及托马斯进动和色磁力的模型一致。
• 该模型预测在 $\pi^{-}p^\uparrow$ 碰撞中 $\pi^0$ 和 $\eta$ 产生的 $A_N$ 呈振荡行为，表明存在非平凡的自旋动力学。