[论文解读] Longitudinal and transverse spin asymmetries for inclusive jet production at mid-rapidity in polarized p+p collisions at sqrt{s}=200 GeV

the STAR Collaboration, L. Adamczyk+372 more|arXiv (Cornell University)|May 11, 2012

High-Energy Particle Collisions Research被引用 11

一句话总结

本研究基于2005年和2006年RHIC采集的数据，测量了在√s = 200 GeV的极化质子-质子碰撞中，中 rapidity 区域 inclusive jet 产生的纵向和横向自旋不对称性。结果未发现显著的横向自旋不对称性，但发现纵向双自旋不对称性 $A_{LL}$ 对胶子螺旋分布 $Δ g(x)$ 敏感，结果支持比以往全球拟合更小的 $Δ G$，表明在 $x \sim 0.02-0.2$ 区域质子中的胶子极化程度较低。该结果对 $Δ G$ 进行了约束，并为全球DSSV拟合提供了信息，凸显了inclusive jet数据在精炼极化部分子分布函数中的重要性。

ABSTRACT

We report STAR measurements of the longitudinal double-spin asymmetry A_LL, the transverse single-spin asymmetry A_N, and the transverse double-spin asymmetries A_Sigma and A_TT for inclusive jet production at mid-rapidity in polarized p+p collisions at a center-of-mass energy of sqrt{s} = 200 GeV. The data represent integrated luminosities of 7.6 /pb with longitudinal polarization and 1.8 /pb with transverse polarization, with 50-55% beam polarization, and were recorded in 2005 and 2006. No evidence is found for the existence of statistically significant jet A_N, A_Sigma, or A_TT at mid-rapidity. Recent model calculations indicate the A_N results may provide new limits on the gluon Sivers distribution in the proton. The asymmetry A_LL significantly improves the knowledge of gluon polarization in the nucleon.

研究动机与目标

• 测量在√s = 200 GeV的极化质子-质子碰撞中，中 rapidity 区域inclusive jet产生的纵向和横向自旋不对称性。
• 通过 $A_{LL}$ 探测质子中自旋依赖的胶子分布函数 $\Delta g(x)$，检验jet产生对质子胶子螺旋性的敏感性。
• 利用inclusive jet不对称性约束极化胶子分布的积分 $Δ G$，改进以往仅基于深度非弹性散射（DIS）数据的约束。
• 为全球分析（如DSSV）提供数据支持，该类分析结合RHIC、DIS和SIDIS数据，以在更广的 $x$ 范围内提取 $Δ g(x)$。
• 评估动量空间和探测器接受度效应对自旋不对称性提取的影响，特别是不同jet锥半径和能量标度下的影响。

提出的方法

• 本分析基于RHIC的STAR实验在2005年和2006年采集的√s = 200 GeV极化质子-质子碰撞中inclusive jet的产生数据。
• 通过jet横向动量与质子自旋取向之间的事件级相关性，提取自旋不对称性 $A_{LL}$、$A_N$、$A_{\Sigma}$ 和 $A_{TT}$。
• 采用NLO pQCD计算将理论预测与数据进行比较，使用CTEQ6和GRSV2000 STND部分子分布函数。
• jet重建采用锥半径 $R = 0.4$，以最小化接受度相关的系统误差。
• 通过在 $2p_T$ 和 $p_T/2$ 范围内变化因子化和重整化标度，评估对尺度和高阶修正的敏感性，结果表明在 $R = 0.4$ 时敏感性降低。
• 将结果整合进全球拟合（如DSSV）中，利用Mellin矩将 $Δ g(x)$ 外推至未测量的 $x$ 区域，从而实现 $Δ G$ 的提取。

实验结果

研究问题

• RQ1 在中 rapidity 区域，inclusive jet产生对质子中自旋依赖的胶子分布 $\Delta g(x)$ 的敏感性如何？
• RQ2 测量得到的纵向和横向自旋不对称性 $A_{LL}$ 和 $A_N$ 与基于极化部分子分布函数的NLO pQCD预测相比如何？
• RQ3 与仅使用DIS数据相比，RHIC jet不对称性数据在多大程度上改善了对总胶子极化 $Δ G$ 的约束？
• RQ4 尺度和高阶QCD修正如何影响自旋不对称性的提取？探测器接受度和锥半径如何缓解这些影响？
• RQ5 在DSSV等全球分析中包含inclusive jet数据，是否能显著降低 $Δ g(x)$ 的不确定性，特别是在 $x \sim 0.02-0.2$ 区域？

主要发现

• 未观测到统计上显著的横向自旋不对称性（$A_N$、$A_\Sigma$、$A_{TT}$），为胶子Sivers分布设定了新限制。
• 纵向双自旋不对称性 $A_{LL}$ 被发现对胶子螺旋分布 $Δ g(x)$ 敏感，数据支持比GRSV标准拟合更小的 $Δ G$。
• 测量得到的 $A_{LL}$ 值低于先前最佳拟合的DIS曲线（GRSV标准），表明质子中胶子极化程度降低。
• 在 $x \sim 0.02-0.2$ 范围内，使用本数据的DSSV全局分析显示，$Q^2 = 10$ GeV² 时 $Δ g(x,Q^2)$ 的 $\chi^2$ + 2% 上限约为GRSV标准值的一半。
• 在全局拟合中引入这些jet不对称性数据，显著减小了 $Δ g(x)$ 的不确定性，特别是在RHIC可及的 $x$ 区域。
• 采用 $R = 0.4$ 的jet锥半径可最小化对尺度和高阶QCD修正的敏感性，提高了 $A_{LL}$ 提取的稳健性。