[论文解读] Azimuthal asymmetries in SIDIS off unpolarized targets at COMPASS

A. Bressan|arXiv (Cornell University)|Jul 31, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 6

一句话总结

本论文首次利用 COMPASS 实验中 6LiD 靶和 160 GeV μ⁺ 束流的数据，测量了非极化 SIDIS 中的方位角不对称性。观测到显著的电荷依赖性 cosφ 和 cos2φ 不对称性，与包含 Cahn 效应和 Boer-Mulders PDF 的理论模型高度一致，为非极化核子中存在非零横动量部分子关联提供了证据。

ABSTRACT

Azimuthal asymmetries measured in unpolarized semi-inclusive deep inelastic scattering bring important information on the inner structure of the nucleons, and can be used both to estimate the average quark transverse momentum k_T and to access the so-far unmeasured Boer-Mulders functions. COMPASS results using part of the 2004 data collected with a 6LiD target and a 160 GeV positive muon beam are presented separately for positive and negative hadrons.

研究动机与目标

• 测量非极化靶上半inclusive深度非弹性散射（SIDIS）中的方位角不对称性，以探测横动量依赖（TMD）部分子分布。
• 提取夸克平均横动量 ⟨k⊥²⟩ 的信息，并获取迄今尚未测量的 Boer-Mulders 函数。
• 在低横动量区域（pT < 1.5 GeV/c）检验涉及 Cahn 效应和 pQCD 修正的理论预测。
• 通过研究正负强子的电荷不对称性，探测手征-奇 TMD 分布。

提出的方法

• 利用 160 GeV μ⁺ 束流轰击 6LiD 靶，通过标准 DIS 筛选条件选取事例：Q² > 1 (GeV/c)²，W > 5 GeV/c²，0.1 < y < 0.9，0.2 < z < 0.85。
• 将强子横动量限制在 0.1 < pT < 1.5 GeV/c 之间，以提高方位角分辨率并减少动量空间畸变。
• 采用完整的蒙特卡罗模拟链（Lepto + COMGEANT + CORAL）进行接受度修正，接受度 A(φ) 定义为重建事件与生成事件的比值。
• 对方位角分布进行拟合，形式为 N(φ) = N₀[1 + Aᴰ_cosφ cosφ + Aᴰ_cos2φ cos2φ + Aᴰ_sinφ sinφ]，系统误差通过比较不同极化配置和参数变化进行评估。
• 使用包含 Cahn 效应和 Boer-Mulders PDF 的理论模型进行比较，后者假设与 HERMES 数据中提取的 Sivers 函数成正比。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 6LiD 靶上非极化 SIDIS 中，cosφ 和 cos2φ 方位角不对称性的大小及其动量依赖性如何？
• RQ2 所测得的不对称性在多大程度上反映了低-pT 区域内的 Cahn 效应和 pQCD 贡献？
• RQ3 观测到的正负强子不对称性是否与 Boer-Mulders PDF 的存在一致？
• RQ4 接受度效应和探测器几何结构如何影响方位角不对称性的提取？需要哪些修正？

主要发现

• cosφ 不对称性在最高 z 区间可达 30–40%，且正强子的值明显高于负强子。
• cos2φ 不对称性表现出明显的电荷依赖性，正强子的振幅大于负强子，与包含 Boer-Mulders PDF 的理论预测一致。
• 数据与包含 Cahn 效应和 Boer-Mulders PDF 的理论模型具有令人满意的符合度，表明非极化核子中存在非零的横动量部分子关联。
• sinφ 不对称性在所有动量区域均与零一致，这与自然束流极化及无初态 Sivers 类型效应的预期相符。
• 接受度修正带来的系统误差得到良好控制，主要贡献来自探测器几何结构和模拟参数的变化。
• 整体接受度在 y、z 和 pT 上相对平坦，当对未测量变量积分时，可有效降低不对称性提取中的偏差。