[论文解读] Determination of Delta G/G from Open Charm events at COMPASS

S. Koblitz|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本论文首次通过在COMPASS实验中利用深浅散射中的开粲末态，直接测定了胶子极化分数ΔG/G。通过重建D⁰和D⁎介子的衰变模式，并应用严格的粒子识别与运动学筛选，分析在D⁎标记通道中实现了1:1的信背比，初步结果为⟨ΔG/G⟩ = −0.57 ± 0.41（统计）± 0.17（系统）（对应硬尺度13 GeV²）。

ABSTRACT

One of the main goals of the COMPASS experiment at CERN is the determination of the gluon polarisation in the nucleon, Delta G/G. It is determined from spin asymmetries in the scattering of 160 GeV/c polarised muons on a polarised LiD target. The gluon polarisation is accessed by the selection of photon-gluon fusion (PGF) events. A very clean selection of PGF events can be obtained with charmed mesons in the final state. Their detection is based on the reconstruction of D* and D0 mesons in the COMPASS spectrometer. The analysis method for the first measurement of Delta G/G from the open charm channel is described and the result from COMPASS for the 2002-2004 data taking period is presented.

研究动机与目标

• 通过使用开粲末态，以一种直接且模型无关的方法测定核子中胶子极化分数ΔG/G。
• 通过利用D⁰和D⁎介子在运动学和质量上的差异，减少光子-胶子融合（PGF）事例选择中的本底污染。
• 通过使用基于重建可观测量的神经网络参数化分析能力aLL，减少对蒙特卡洛模拟的依赖。
• 通过采用双比率分析技术，消除探测器接受度和束流通量的影响，实现对ΔG/G的精确测量。

提出的方法

• 利用COMPASS谱仪中重建的轨迹，通过Kπ衰变模式重建D⁰介子，并利用RICH探测器进行粒子识别，以抑制π和p的误判。
• 对D⁰介子携带的能量分数（z > 0.25）和D⁰静止参考系中D⁰飞行方向与K介子动量之间的夹角（|cosθK⋆| < 0.5）施加运动学筛选，以抑制组合本底。
• 通过D⁎ → D⁰π衰变，利用严格的质量差筛选（3.1 MeV < M(Kππ) − M(Kπ) − M(π) < 9.1 MeV）对D⁰事例进行标记，显著降低本底。
• 在Leading-Order QCD生成事例上训练神经网络，将分析能力aLL参数化为重建可观测量的函数，与真实aLL值的相关性达到82%。
• 对正反极化靶腔的计数率进行双比率分析，以提取ΔG/G，通过对称性与极化反转，消除束流通量和接受度的影响。
• 应用事例加权，并对不同通道及数据获取周期的结果计算加权平均，以提高统计显著性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在深度非弹性散射中，开粲末态能否提供一个干净、本底抑制的光子-胶子融合（PGF）过程样本，用于测量ΔG/G？
• RQ2 与仅使用D⁰重建相比，D⁎介子标记在开粲末态选择中能多大程度地提升信背比？
• RQ3 在缺乏PGF次过程完整事件级信息的情况下，能否仅从测量的运动学变量中准确重建分析能力aLL？
• RQ4 系统不确定性（如本底不对称性、拟合函数选择、极化测量）对最终ΔG/G测定的影响如何？
• RQ5 所测得的ΔG/G值与现有全局拟合及HERMES和SMC先前的测量结果相比如何？

主要发现

• 通过质量差筛选和放宽运动学筛选，分析在D⁎标记通道中实现了1:1的信背比。
• 基于2002–2004年数据的ΔG/G初步结果为−0.57 ± 0.41（统计）± 0.17（系统），对应硬尺度13 GeV²。
• 所测样本中胶子动量分数xg的平均值为0.15，标准差为0.08。
• 系统不确定性的主要贡献来自可能的虚假不对称性（0.10）、拟合函数选择（0.09）和本底不对称性（0.07），但实际值受统计精度限制。
• 结果与ΔG/G较小或为负一致，支持在该测量尺度下胶子极化较低的参数化形式。
• 2006年数据的分析仍在进行中，有望进一步提高统计精度并减小不确定性。