[论文解读] Measurement of the Analyzing Power $A_N$ in $pp$ Elastic Scattering in the CNI Region with a Polarized Atomic Hydrogen Gas Jet Target

Hiromi Okada, I. Alekseev+14 more|ArXiv.org|Dec 31, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 8

一句话总结

本研究利用极化原子氢气流靶与100 GeV/c的质子束，在RHIC上对√s = 13.7 GeV下的pp弹性散射进行了分析力$A_N$的精确测量。数据覆盖0.001 < |t| < 0.032 GeV²/c²的范围，与仅基于质子反常磁矩引起的电磁自旋翻转振幅的库仑-核干涉（CNI）预测一致，未发现显著证据表明存在大的强子自旋翻转振幅。

ABSTRACT

A precise measurement of the analyzing power $A_N$ in proton-proton elastic scattering in the region of 4-momentum transfer squared $0.001 &lt; |t| &lt; 0.032 ({ m GeV}/c)^2$ has been performed using a polarized atomic hydrogen gas jet target and the 100 GeV/$c$ RHIC proton beam. The interference of the electromagnetic spin-flip amplitude with a hadronic spin-nonflip amplitude is predicted to generate a significant $A_N$ of 4--5%, peaking at $-t \simeq 0.003 ({ m GeV}/c)^2$. This kinematic region is known as the Coulomb Nuclear Interference region. A possible hadronic spin-flip amplitude modifies this otherwise calculable prediction. Our data are well described by the CNI prediction with the electromagnetic spin-flip alone and do not support the presence of a large hadronic spin-flip amplitude.

研究动机与目标

• 在库仑-核干涉（CNI）区域以高精度测量质子-质子弹性散射中的分析力$A_N$。
• 通过检验与仅基于电磁自旋翻转的CNI预测的偏离，探测pp散射中强子自旋翻转振幅的存在。
• 利用t区域0.001 < |t| < 0.032 GeV²/c²内的数据，对归一化的自旋翻转振幅比$r_5$进行约束。
• 研究长距离下非微扰QCD效应在自旋依赖的强子相互作用中的作用。

提出的方法

• 利用具有横向极化的原子氢气流靶测量pp弹性散射中的$A_N$。
• 使用100 GeV/c的RHIC质子束，极化气流靶与顺时针方向的束流在12点钟位置发生对撞。
• 在接近90°的角度测量反冲质子，以探测散射平面内的自旋不对称性。
• 采用双组分拟合模型：一种假设仅存在电磁自旋翻转（CNI预测），另一种通过$r_5$允许存在强子自旋翻转振幅。
• 利用独立的极化测量确定归一化不确定度，系统误差来源于虚假不对称性、探测器接受度和本底。
• 将$A_N(t)$数据分别拟合至两种模型，以比较拟合优度并提取$r_5$参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 在CNI区域测得的分析力$A_N$是否偏离了仅基于电磁自旋翻转振幅的预测？
• RQ2 在pp弹性散射中，是否存在显著的强子自旋翻转振幅与自旋非翻转振幅相互干涉的证据？
• RQ3 在√s = 13.7 GeV下，归一化自旋翻转振幅比$r_5 = \lim_{|t|\to 0} \frac{M_p}{\sqrt{-t}} \frac{\phi_5^{\rm had}}{{\rm Im}(\phi_1^{\rm had} + \phi_3^{\rm had})/2}$的上限是多少？
• RQ4 本结果与早期在pC散射中测得的、偏离CNI预测的结果相比如何？

主要发现

• 测得的$A_N$值可被仅包含电磁自旋翻转振幅的CNI预测良好描述，其自由度为14时的卡方值为13.4。
• 允许存在强子自旋翻转振幅的拟合模型，其自由度为12时的卡方值为11.1，表明拟合质量无显著改善。
• 提取的$r_5$参数为${\rm Re}~{}r_5 = -0.0008 \pm 0.0091$和${\rm Im}~{}r_5 = -0.015 \pm 0.029$，与零一致，且与零无显著差异。
• 95%置信水平的$r_5$轮廓不包含零值，表明无证据显示存在大的强子自旋翻转振幅。
• 数据与早期在相似能量下pC散射测量中推断出的大强子自旋翻转贡献不一致。
• 结果支持在√s = 13.7 GeV的CNI区域，pp散射中电磁自旋翻转机制占主导地位。