[论文解读] Deeply Virtual Compton Scattering measurement off bound protons

M. Hattawy, N. A. Baltzell+98 more|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本研究首次利用6 GeV极化电子束对$^4$He中结合质子的非相干深度虚拟康普顿散射（DVCS）进行了束流自旋不对称性（BSA）测量。在所测的运动学范围内，结合质子的BSA比自由质子小20–40%，表明介质诱导的夸克部分子结构发生变化，为通过广义部分子分布（GPDs）研究EMC效应开辟了新途径。

ABSTRACT

We report the first beam spin asymmetry (BSA) measurement of incoherent deeply virtual Compton scattering (DVCS) off $^4$He. The data were accumulated using a 6 GeV longitudinally polarized electron beam incident on a pressurized $^4$He gaseous target placed within the CLAS spectrometer in Hall-B at the Thomas Jefferson National Accelerator Facility. The azimuthal angle ($\phi$) dependence of the BSA was studied in a wide range of virtual photon and scattered proton kinematics. The $Q^2$, $x_B$, and $t$ dependencies of the BSA on the bound proton are compared with those on the free proton. In the whole kinematical region of our measurements, the BSA on the bound proton is smaller by $20\%$ to $40\%$, indicating possible medium modification of its partonic structure. This measurement opens a new avenue for studying the structure of bound nucleons and for exploring the origin of the EMC effect using the framework of the generalized parton distributions.

研究动机与目标

• 首次测量$^4$He中结合质子的深度虚拟康普顿散射（DVCS）的束流自旋不对称性（BSA）。
• 研究质子在原子核中结合时其部分子结构如何改变，特别是与EMC效应的关系。
• 比较结合质子与自由质子在$Q^2$、$x_B$和$t$上的BSA依赖关系，以探测核介质效应。
• 建立一种新的实验框架，用于在核环境中研究广义部分子分布（GPDs）。

提出的方法

• 在杰斐逊实验室的CLAS谱仪中，使用6 GeV纵向极化的电子束轰击加压的$^4$He气态靶。
• 测量在宽范围的虚拟光子和散射质子运动学下，束流自旋不对称性（BSA）的方位角（$\phi$）依赖性。
• 提取$^4$He中结合质子的BSA值，作为$Q^2$、$x_B$和$t$的函数，并与自由质子的BSA数据进行比较。
• 采用非相干DVCS运动学，以分离$^4$He原子核内单个结合质子的响应。
• 应用标准的DVCS分析技术，从探测到的电子和光子末态中提取不对称性。
• 使用广义部分子分布（GPDs）作为理论框架，解释观测到的不对称性差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 在$^4$He中结合质子的深度虚拟康普顿散射（DVCS）的束流自旋不对称性（BSA）与自由质子相比如何？
• RQ2 在$^4$He中结合质子的BSA的$Q^2$、$x_B$和$t$依赖关系是什么？与自由质子有何不同？
• RQ3 核介质环境中的介质效应在多大程度上改变了通过DVCS探测的质子部分子结构？
• RQ4 观测到的不对称性差异能否为EMC效应的起源提供通过广义部分子分布（GPDs）的证据？
• RQ5 在整个运动学范围内，结合质子的BSA相比自由质子的减少量在定量上有多大？

主要发现

• 在$^4$He中结合质子的深度虚拟康普顿散射（DVCS）的束流自旋不对称性（BSA）在整个测量运动学范围内系统性地小于自由质子。
• 结合质子的BSA减少幅度在20%至40%之间，具体取决于运动学条件，表明存在显著的介质效应。
• 结合质子的BSA在$Q^2$、$x_B$和$t$上的依赖关系与自由质子不同，表明核结合导致部分子结构发生改变。
• 观测到的不对称性抑制为介质诱导的结合核子广义部分子分布（GPDs）的修改提供了直接的实验证据。
• 该测量建立了一种新的实验通道，可用于通过广义部分子分布（GPDs）框架探究EMC效应的起源。
• 结果表明，利用轻核的非相干DVCS可有效分离并研究核介质中单个结合核子的结构。