[论文解读] Gluon polarization measurements with inclusive jets at STAR

Pibero Djawotho|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用 4

一句话总结

本论文利用2006年和2009年在$\sqrt{s} = 200$ GeV下进行的极化质子-质子对撞实验数据，报告了在RHIC上对包含喷注产生过程中纵向双自旋不对称性$A_{LL}$的高精度测量。STAR实验提高了喷注能量分辨率和触发效率，使得$A_{LL}$结果的精度比2006年数据提高了三到四倍，从而对胶子极化$\Delta g(x)$施加了更强约束，并减少了全球部分子分布分析中的不确定性。

ABSTRACT

At RHIC kinematics, polarized jet hadroproduction is dominated by $gg$ and $qg$ scattering, making the jet double longitudinal spin asymmetry, $A_{LL}$, sensitive to gluon polarization in the nucleon. I will present STAR results of $A_{LL}$ from inclusive jet measurements for the RHIC 2006 run at center-of-mass energy 200 GeV. I will also discuss the current status of the analysis of data from the 2009 run, also at center-of-mass energy 200 GeV. The results are compared with theoretical calculations of $A_{LL}$ based on various models of the gluon density in the nucleon. The STAR data place significant constraints on allowed theoretical models.

研究动机与目标

• 在RHIC上测量包含喷注产生过程中纵向双自旋不对称性$A_{LL}$，以探究质子中胶子极化$\Delta g(x)$。
• 与2006年相比，改进2009年运行中的喷注能量分辨率和触发效率，以减少$A_{LL}$测量中的系统不确定性。
• 提供高精度的$A_{LL}$数据，用于全球极化部分子分布分析，特别是对$\Delta g(x)$施加更强约束。

提出的方法

• 使用中点圆锥算法重建喷注，锥半径为0.7，种子$E_T$阈值为0.5 GeV，分裂-合并分数为0.5。
• 利用PYTHIA 6.4与CDF Tune A及GEANT进行校正，以考虑探测器响应，包括强子化和本底事件效应。
• 通过从电磁 calorimeter（EMC）阵元中减去带电轨迹的全部动量，提高喷注能量分辨率，减少强子喷注引起的波动。
• 采用改进的触发方案，降低$E_T$阈值并使用重叠喷注区域，使接受度提高37%，并减少触发偏差。
• 采用新型数据采集系统（DAQ1000），实现每秒300 Hz事件记录，仅5%死时间，相比2006年的40 Hz和40%死时间有显著提升。
• 通过喷注$p_T$和$\eta$区间内的微分截面计算$A_{LL}$，公式为$(\sigma^{++} - \sigma^{+-}) / (\sigma^{++} + \sigma^{+-})$。

实验结果

研究问题

• RQ1 在$\sqrt{s} = 200$ GeV的极化质子-质子碰撞中，包含喷注的$A_{LL}$与基于不同胶子极化模型的理论预测相比如何？
• RQ2 2009年STAR的$A_{LL}$测量相比2006年结果在精度上提升了多少？这种提升如何增强对$\Delta g(x)$的约束？
• RQ3 2009年喷注能量分辨率和触发效率的改进在多大程度上减少了$A_{LL}$测量中的系统不确定性？
• RQ4 2009年的$A_{LL}$数据对全球极化部分子分布函数拟合有何影响？
• RQ5 $A_{LL}$值在不同快度区间如何变化？这些变化揭示了何种部分子散射动力学特征？

主要发现

• 与2006年数据相比，2009年包含喷注的$A_{LL}$测量在低-$p_T$区间精度提升了四倍，在高-$p_T$区间提升了三倍。
• 2009年$A_{LL}$结果的喷注能量分辨率为18%，显著优于2006年分析中的23%。
• 2009年数据覆盖$|\eta|<1$，精度更高，且显著降低了由$p_T$重建和触发偏差主导的系统不确定性。
• STAR在2009年的$A_{LL}$数据介于GRSV与DSSV全球拟合对$\Delta g(x)$的预测之间，对胶子极化提供了更严格的约束。
• 2009年$A_{LL}$数据在两个快度区间（$|\eta|<0.5$和$0.5<|\eta|<1$）的结果，使与对不同部分子散射角度和$x$-范围敏感的模型比较成为可能。
• 2009年数据的增强精度预计将在全球极化部分子分布分析中显著减小当前$\Delta g(x)$的较大不确定性。