[论文解读] Exclusive rho^0 muoproduction on transversely polarised protons and deuterons

C. Adolph, A. Mangoni+219 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Jul 18, 2012

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 36被引用 3

一句话总结

本论文首次报告了在160 GeV/$c$ μ子束下，对横向极化的质子和氘核进行的单举ρ⁰产生过程中，横动量靶自旋的横移不对称性 $A_{UT}^{\rm{sin}(\theta-\theta_S)}$ 的测量结果。在广泛动量范围内，该不对称性值极小，与零一致，表明自旋翻转的广义部分子分布 $E^u$ 和 $E^d$ 几乎完全抵消，为核子中夸克轨道角动量的理论模型提供了支持。

ABSTRACT

The transverse target spin azimuthal asymmetry A_UT in hard exclusive production of rho^0 mesons was measured at COMPASS by scattering 160 GeV/c muons off transversely polarised protons and deuterons. The measured asymmetry is sensitive to the nucleon helicity-flip generalised parton distributions E^q, which are related to the orbital angular momentum of quarks in the nucleon. The Q^2, x_B and p_t^2 dependence of A_UT is presented in a wide kinematic range. Results for deuterons are obtained for the first time. The measured asymmetry is small in the whole kinematic range for both protons and deuterons, which is consistent with the theoretical interpretation that contributions from GPDs E^u and E^d approximately cancel.

研究动机与目标

• 测量在横向极化的质子和氘核上，单举ρ⁰产生过程中横动量靶自旋的方位不对称性 $A_{UT}^{\rm{sin}(\theta-\theta_S)}$。
• 探测与夸克轨道角动量相关的核子自旋翻转广义部分子分布（GPDs）$E^q$。
• 首次将氘核纳入测量范围，以检验GPDs中的同位旋结构。
• 将结果与Goloskokov和Kroll的GPD模型理论预测进行比较，特别关注价夸克与海夸克/胶子GPDs的作用。
• 相比以往的HERMES测量，提升了精度和动量覆盖范围，特别是在 $x_{Bj}$、$Q^2$ 和 $p_T^2$ 方向。

提出的方法

• 利用COMPASS实验中160 GeV/$c$ 的μ子束，对横向极化的质子和氘核靶进行单举ρ⁰产生研究。
• 通过测量ρ⁰衰变产物相对于靶自旋量化轴的方位角依赖性，提取不对称性 $A_{UT}^{\rm{sin}(\theta-\theta_S)}$。
• 动量区域定义为：质子的 $1 < Q^2 < 10$ (GeV/$c$)$^2$，$0.003 < x_{Bj} < 0.3$，$0.05 < p_T^2 < 0.5$ (GeV/$c$)$^2$；氘核的 $0.10 < p_T^2 < 0.5$ (GeV/$c$)$^2$。
• 理论预测基于手袋图方法，采用GPDs $E^u$ 和 $E^d$，基于Goloskokov和Kroll的模型，包含萨达科夫抑制和介子分布振幅。
• 通过考虑极端正则性边界情况，测试了对胶子和海夸克GPDs $E^g$ 和 $E^{\rm{sea}}$ 的敏感性。
• 通过对比包含与不包含 $E^g$ 和 $E^{\rm{sea}}$ 的结果，评估系统误差，发现对不对称性影响极小。

Figure 1: Kinematics of exclusive meson production in the target rest frame. Here $\boldsymbol{k}$ , $\boldsymbol{k^{\prime}}$ , $\boldsymbol{q}$ and $\boldsymbol{v}$ represent three-momentum vectors of the incident and the scattered muons, the virtual photon and the meson. $S_{T}$ is the component

实验结果

研究问题

• RQ1 在极化质子和氘核上，单举ρ⁰μ子产生过程中，横动量靶自旋不对称性 $A_{UT}^{\rm{sin}(\theta-\theta_S)}$ 的大小及其动量依赖性如何？
• RQ2 测量得到的不对称性在多大程度上约束了核子中自旋翻转GPDs $E^u$ 和 $E^d$？
• RQ3 在不对称性中，$E^u$ 和 $E^d$ 的贡献在多大程度上发生抵消？这对夸克轨道角动量意味着什么？
• RQ4 与Goloskokov和Kroll的GPD模型理论预测相比，结果如何，特别是关于胶子和海夸克的作用？
• RQ5 不对称性对 $E^g$ 和 $E^{\rm{sea}}$ 的敏感性如何？它们是否显著改变预测的不对称性值？

主要发现

• 在质子和氘核的整个动量范围内，测得的横动量靶自旋不对称性 $A_{UT}^{\rm{sin}(\theta-\theta_S)}$ 均与零一致。
• 对于质子，不对称性值在 $-0.03$ 到 $+0.04$ 之间，统计与系统误差约为 $\rm{~}\text{0.05--0.09}$，表明无显著信号。
• 对于氘核，不对称性同样极小，值在 $-0.03$ 到 $+0.04$ 之间，误差约为 $\rm{~}\text{0.05--0.08}$，确认了首次在该靶上的测量。
• COMPASS结果与HERMES实验结果良好一致，后者也发现不对称性与零一致，但精度提高了约三倍。
• 基于Goloskokov和Kroll模型的理论预测，仅使用价夸克GPDs $E^u$ 和 $E^d$，预测质子的平均不对称性为 $-0.02$，HERMES的预测为 $-0.03$，与数据合理一致。
• 在极端正则性边界下引入 $E^g$ 和 $E^{\rm{sea}}$ 对预测不对称性的影响可忽略不计，其变化量小于理论不确定度带。

Figure 2: Distributions of the $z$ -coordinate of the primary vertex $z_{V}$ for NH 3 (left) and 6 LiD data (right). The vertical lines indicate the applied $z_{V}$ cuts.