[论文解读] Gluon polarization and jet production at STAR

Pibero Djawotho|CNR SOLAR (Scientific Open-access Literature Archive and Repository) (University of Southampton)|Mar 3, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用 10

一句话总结

本文利用2009年STAR实验在$√s = 200$ GeV下的极化质子-质子碰撞数据，实现了对包括喷胶和二喷胶纵向双自旋不对称性（$A_{LL}$）的高精度测量，达到25 pb$^{-1}$的亮度和57%的束流极化度。结果得益于更高的喷胶能量分辨率和更低的触发偏差，对极化胶子分布$Δ g(x)$提供了约束，支持DSSV模型而非GRSV模型，并显著减小了在$0.05 < x < 0.2$范围内的胶子极化分数的不确定性。

ABSTRACT

At RHIC kinematics, polarized jet hadroproduction is dominated by $gg$ and $qg$ scattering, making the jet longitudinal double-spin asymmetry, $A_{LL}$, sensitive to gluon polarization in the nucleon. I will present STAR results of $A_{LL}$ from inclusive jet and dijet measurements for the RHIC 2006 run totaling 5.5 pb$^{-1}$ of integrated luminosity with 55% beam polarization at center-of-mass energy 200 GeV. I will also present preliminary results from the analyses of data from the 2009 run, which collected a much larger sample (25 pb$^{-1}$ with 57% polarization) at 200 GeV. The results are compared with theoretical calculations of $A_{LL}$ based on various models of the polarized gluon distribution function in the nucleon. The STAR data place significant constraints on allowed theoretical models.

研究动机与目标

• 在$\sqrt{s} = 200$ GeV下测量极化质子-质子碰撞中的包括喷胶纵向双自旋不对称性（$A_{LL}$），以探究质子中胶子极化$Δ g(x)$。
• 通过利用2009年相比2006年更高精度的数据，改进对极化胶子分布函数$Δ g(x)$的约束。
• 通过提升探测器性能（包括改进的喷胶能量分辨率和触发效率），减少$A_{LL}$测量中的系统误差。
• 将$A_{LL}$结果与理论模型（GRSV、DSSV、GS-C）进行比较，以区分$Δ g(x)$的可行情景，并减少胶子自旋对质子自旋贡献的不确定性。

提出的方法

• 喷胶重建采用中点圆锥算法，锥半径为0.7，种子横向能量为0.5 GeV，分裂-合并比例为0.5，应用于轨迹和电磁量能器阵元。
• 双自旋不对称性$A_{LL}$通过公式$A_{LL} = \frac{1}{P_1P_2}\frac{N^{++} - R N^{+-}}{N^{++} + R N^{+-}}$测量，其中$R$为亮度比，$N^{++}$和$N^{+-}$分别为同手征和反手征束流的喷胶产额。
• 2009年实施了一种新的能量减法技术，从相应的电磁量能器阵元中减去带电轨迹的总动量，以减少强子簇射引起的波动。
• 数据获取系统（DAQ1000）已升级，可实现每秒数百赫兹的记录，仅5%的死时间，显著提高了触发效率并减少了偏差。
• 通过改进触发阈值和BEMC与EEMC中的重叠喷胶区域，喷胶接受度相比2006年提高了37%。
• 通过减小重建喷胶$p_T$与真实值之间的差异，并考虑对$gg$、$qg$和$qq$次过程的触发响应差异，最小化了系统误差。

实验结果

研究问题

• RQ1 在$\sqrt{s} = 200$ GeV的2009年极化质子-质子碰撞中，包括喷胶的$A_{LL}$作为喷胶横向动量（$p_T$）和伪快度（$\eta$）的函数的测量值是多少？
• RQ2 2009年的$A_{LL}$结果与GRSV、DSSV和GS-C对极化部分子分布的全局拟合的理论预测相比如何？
• RQ3 包括喷胶和二喷胶的$A_{LL}$测量在多大程度上约束了在$x$范围$0.05 < x < 0.2$内的极化胶子分布$Δ g(x)$？
• RQ4 探测器性能的改进（如DAQ、能量分辨率、触发）如何影响$A_{LL}$测量的精度和系统误差？
• RQ5 2009年的数据能否通过允许截断积分$Δ g(x)$在$\chi^2 + 2$范围内变化的拟合，与先前数据的拟合相容？

主要发现

• 2009年包括喷胶的$A_{LL}$测量在低-$p_T$区间精度比2006年结果提高了四倍，在高-$p_T$区间提高了三倍。
• 测得的包括喷胶$A_{LL}$值介于DSSV和GRSV-STD模型的预测之间，其中DSSV模型对数据有良好描述。
• 基于对2006年和2009年数据的拟合，允许$\chi^2$变化2个单位，$\Delta g(x)$在$0.05 < x < 0.2$范围内的截断积分被确定为0.13。
• 二喷胶$A_{LL}$结果在不同快度区间测量，进一步约束了$Δ g(x)$的形状，并减少了对包括喷胶$x$-范围外推的不确定性。
• 改进的喷胶能量分辨率（18%，相比2006年的23%）和减少的触发偏差显著提高了$A_{LL}$测量的准确性。
• 2009年数据（25 pb$^{-1}$，57%束流极化度）在纳入极化部分子分布的全局分析时，有望大幅降低质子中胶子极化的不确定性。