[论文解读] Collins Fragmentation and the Single Transverse Spin Asymmetry

Feng Yuan, Zhou, Jian|ArXiv.org|Mar 26, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文識別了半包容深度非彈性散射（SIDIS）中與Collins機制對應的扭曲三階 fragmentation function，證明由此產生的Collins fragmentation function 具有普遍性且不依賴規範連結方向。此外，本文還顯示在中等橫向動量區域，TMD 與扭曲三階共線因子分解方法之間的一致性，為由Collins效應引起的單一橫向自旋 asymmetry（SSA）提供了統一描述。

ABSTRACT

We study the Collins mechanism for the single transverse spin asymmetry in the collinear factorization approach. The correspondent twist-three fragmentation function is identified. We show that the Collins function calculated in this approach is universal. We further examine its contribution to the single transverse spin asymmetry of semi-inclusive hadron production in deep inelastic scattering and demonstrate that the transverse momentum dependent and twist-three collinear approaches are consistent in the intermediate transverse momentum region where both apply.

研究动机与目标

• 識別與單一橫向自旋 asymmetry（SSA）的Collins機制相關的扭曲三階fragmentation function。
• 證明在扭曲三階共線因子分解方法中推導出的Collins fragmentation function 的普遍性。
• 在中等橫向動量區域，建立TMD與扭曲三階共線方法在Collins貢獻於SSA方面的一致性。
• 在碎片化背景下，釐清Collins函數的普遍性與規範不變性性質，並與Sivers函數進行對比。

提出的方法

• 透過涉及夸克與膠子場的規範不變矩陣元，識別出與Collins機制相關的扭曲三階fragmentation function。
• 利用共線因子分解與規範不變算符，推導出Collins fragmentation function 在大橫向動量區域的行為。
• 在中等橫向動量區域（ΛQCD ≪ Ph⊥ ≪ Q）進行hadronic tensor分解，分離出V4與V9項的主導階貢獻。
• 計算SIDIS中自旋相關的微分截面，包含來自∂⊥與A⊥相關算符的方位角依賴性。
• 將扭曲三階方法的結果與TMD因子分解框架進行比較，顯示在中等pT區段的一致性。
• 利用已知的夸克橫向極化分布與軟因子結果，確認兩種方法之間的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在半包容深度非彈性散射中，與Collins機制對應的扭曲三階fragmentation function 是什麼？
• RQ2 在扭曲三階共線因子分解方法中推導出的Collins fragmentation function 是否具有普遍性，且不依賴規範連結方向？
• RQ3 在中等橫向動量區域，TMD 與扭曲三階共線因子分解方法在Collins貢獻於SSA方面如何比較？
• RQ4 儘管Collins函數與Sivers函數都是時間反演奇函數，為何Collins函數表現出不同的普遍性性質？
• RQ5 TMD 與扭曲三階方法是否能在中等pT區域對Collins SSA產生等價結果？

主要发现

• 與Collins機制對應的扭曲三階fragmentation function 被識別為包含夸克與膠子場的規範不變矩陣元，其貢獻來自∂⊥與A⊥相關算符。
• 推導出Collins fragmentation function 在大橫向動量極限下的行為，並證明其具有普遍性，且不依賴規範連結方向。
• 透過扭曲三階方法計算的SIDIS中單一橫向自旋 asymmetry 的微分截面，在中等橫向動量區域（ΛQCD ≪ Ph⊥ ≪ Q）與TMD因子分解結果一致。
• 自旋 asymmetry 的主導階貢獻來自hadronic tensor 中的V4與V9項，總體方位角依賴性與 sin(ϕh + ϕs) 成正比。
• 透過匹配包含夸克橫向極化分布與軟因子貢獻的自旋相關截面，確認了TMD與扭曲三階方法之間的一致性。
• 結果建立了一個統一的理論框架，適用於中等pT區域的Collins機制SSA，對從實驗數據中提取夸克橫向極化具有重要意義。