[论文解读] HERMES measurements of Collins and Sivers asymmetries from a transversely polarised hydrogen target

Markus Diefenthaler|ArXiv.org|Jun 15, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用 25

一句话总结

本论文报告了HERMES对极化氢靶中带电π介子和K介子的半包容深度非弹性散射过程的Collins和Sivers单自旋不对称性的初步测量。相较于以往结果，统计量提升了十倍，观测到π⁺、π⁰和K⁺的Sivers振幅显著为正，表明夸克的轨道角动量非零；而Collins振幅则显示出π⁻的显著相反符号贡献，来自非 favoured 分布函数，与非零的横截面和Sivers效应一致。

ABSTRACT

Azimuthal single-spin asymmetries (SSA) in semi-inclusive electroproduction of pi-mesons and charged K-mesons in deep-inelastic scattering of positrons and electrons on a transversely polarised hydrogen target were observed. Significant SSA amplitudes for both the Collins and the Sivers mechanism are presented for the full data set recorded with transverse target polarisation at the HERMES experiment.

研究动机与目标

• 测量极化氢靶上半包容深度非弹性散射（SIDIS）中的方位单自旋不对称性（SSA）。
• 通过Collins和Sivers机制探测横截面分布函数与Sivers分布函数。
• 研究夸克轨道角动量及味依赖性在核子自旋结构中的作用。
• 通过整合2002–2005年数据，将统计精度提升十倍，优于以往结果。

提出的方法

• 利用靶自旋方位角φS与强子方位角φ相对于轻子散射平面的关系，测量方位不对称性。
• 通过最大似然拟合概率密度函数，包含sin(φ±φS)、sin(2φ−φS)、sin(3φ−φS)和sin(φS)项，提取Collins和Sivers振幅。
• 应用动量学截断条件：Q² > 1 GeV²，y < 0.95，W² > 10 GeV²，2 < Ph < 15 GeV，0.2 < z < 0.7，且θγ*h > 0.02 rad。
• 使用HERMES双辐射体环形成像契伦科夫探测器，实现全动量范围内π±、K±和质子的完整分离。
• 同时提取Collins和Sivers振幅，以避免交叉污染。
• 考虑系统误差，包括靶极化度的8.1%标定不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 带电π介子和K介子的Collins分裂函数的大小与符号为何，特别是非 favoured 分裂函数？
• RQ2 π⁺、π⁰和K⁺的Sivers振幅是否表明核子内部夸克的轨道角动量非零？
• RQ3 Sivers效应是否具有味依赖性，这对海夸克对自旋结构的贡献有何含义？
• RQ4 观测到的不对称性是否与因子化假设一致，特别是关于双色矢量介子衰变的贡献？
• RQ5 测量结果与以往结果相比如何？更高的统计量揭示了关于横截面和Sivers分布的哪些信息？

主要发现

• π⁺的Collins振幅为正，与 favoured 分裂函数一致；而π⁻的振幅为负且量级相近，表明非 favoured Collins函数有显著的相反符号贡献。
• π⁺的Sivers振幅显著为正，表明夸克轨道角动量非零，且Sivers分布函数非零。
• K⁺的Sivers振幅大于π⁺，暗示海夸克对Sivers效应有显著且味依赖的贡献。
• 未观测到K⁺或K⁻的统计显著Collins振幅，尽管K⁺的值在统计误差范围内与π⁺一致。
• π⁻和K⁻的Sivers振幅与零一致，支持提取不对称性中的同位旋对称性。
• 模拟结果表明，来自双色矢量介子衰变的π介子和K介子比例较小，表明观测到的不对称性不太可能由非因子化贡献主导。