[论文解读] Antiproton--Proton Scattering Experiments with Polarization

Vincenzo Barone, Tariel Sakhelashvili+177 more|arXiv (Cornell University)|May 17, 2005

Atomic and Molecular Physics参考文献 5被引用 61

一句话总结

PAX实验在FAIR提出了一种非对称的双极化反质子-质子对撞机，使用15 GeV/c的极化反质子和高达3.5 GeV/c的极化质子，在储存环装置中运行。该配置可通过Drell-Yan电子对产生精确测量横动量分布，从而独特地探测质子中的自旋依赖部分子分布。

ABSTRACT

High Energy Physics Esperiment (hep-ex/0505054).
 The document describes the physics case of the PAX experiment using polarized antiprotons, which has recently been proposed for the new Facility for Antiprotons and Ions Research (FAIR) at GSI--Darmstadt. Polarized antiprotons provide access to a wealth of single-- and double--spin observables, thereby opening a new window to physics uniquely accessible at the HESR. The polarized antiprotons would be most efficiently produced by spin--filtering in a dedicated Antiproton Polarizer Ring (APR) using an internal polarized hydrogen gas target. In the proposed collider scenario of the PAX experiment, polarized protons stored in a COSY--like Cooler Storage Ring (CSR) up to momenta of 3.5 GeV/c are bombarded head--on with 15 GeV/c polarized antiprotons stored in the HESR. This asymmetric double--polarized antiproton--proton collider is ideally suited to map, e.g., the transversity distribution in the proton. The proposed detector consists of a large--angle apparatus optimized for the detection of Drell--Yan electron pairs

研究动机与目标

• 通过双极化反质子-质子对撞测量质子中部分子的横动量分布。
• 利用FAIR的HESR独特运动学特性，探测其他地方无法获得的自旋可观测量。
• 开发一种新型方法，通过反质子极化环（APR）中的自旋过滤产生极化反质子。
• 设计一种大角度探测器，专门用于探测来自极化对撞的Drell-Yan电子对。
• 利用高能设施中的极化反质子，建立自旋物理研究的新实验前沿。

提出的方法

• 通过在专用反质子极化环（APR）中使用内部极化氢气靶进行自旋过滤，产生极化反质子。
• 将极化质子存储在类似COSY的冷却储存环（CSR）中，动量最高达3.5 GeV/c。
• HESR存储15 GeV/c的极化反质子，使其与质子束发生正碰。
• 非对称对撞机装置可实现单自旋和双自旋可观测量的高精度测量。
• 设计大角度探测器，以高效探测来自夸克-反夸克湮灭的Drell-Yan电子对。
• 利用新FAIR设施提供的高亮度和精确极化控制，实现对横动量分布的探测。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何通过双极化反质子-质子对撞测量质子中部分子的横动量分布？
• RQ2 在高亮度、极化的对撞环境中，探测Drell-Yan电子对的可行性与灵敏度如何？
• RQ3 在APR中通过自旋过滤能否产生足够极化度和强度的反质子，以实现HESR中的精密物理研究？
• RQ4 在此非对称双极化对撞机装置中，可探测到哪些独特的自旋可观测量？
• RQ5 HESR与CSR的运动学配置如何相比现有设施，提升对横动量分布的探测能力？

主要发现

• PAX实验通过双极化Drell-Yan过程实现了对质子中横动量分布的探测。
• 在APR中采用自旋过滤为高亮度产生极化反质子提供了可行方法。
• 15 GeV/c反质子与3.5 GeV/c质子构成的非对称对撞机装置，优化了自旋可观测量的运动学覆盖范围。
• 大角度探测器设计针对来自极化对撞的Drell-Yan电子对，最大化探测效率。
• 所提出的装置为在HESR中测量自旋依赖部分子分布提供了独特且互补的方法。
• 该实验通过使用极化反质子，为研究质子自旋结构开辟了新窗口。