[论文解读] Measurement of Transverse Single Spin Asymmetry A_N in Eta Mass Region at Large Feynman X_F with the STAR Forward Pion Detector

Steven Heppelmann, collaboration, for STAR|ArXiv.org|May 18, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本研究利用STAR前向π介子探测器，首次在大费曼变量xF区域（xF > 0.5）测量了RHIC中η介子的横向单自旋不对称性AN。结果发现，η介子的AN（⟨AN⟩ = 0.361 ± 0.064）显著大于π⁰介子的AN（⟨AN⟩ = 0.078 ± 0.018），差异超过四个标准差，表明η产生过程中可能存在更强的自旋-轨道关联或更高阶扭曲效应。

ABSTRACT

The large values of the transverse single spin asymmetry, A_N, seen in forward pi0 production from polarized proton collisions have stimulated important questions and have been studied in QCD based transverse spin models. We report the first RHIC measurement of A_N for the two photon mass region of the eta meson. The eta peak for meson energies greater than 50 GeV (Feynman x_F >0.5) was observed in the STAR Forward Pion Detectors, along with pi0 mesons, at pseudo-rapidity of 3.65 in sqrt{s}=200 GeV pp collisions. The pi0 transverse asymmetry, which has already been reported in detail by the STAR collaboration, is compared to the transverse asymmetry in the eta mass region. The surprising observation is that in this kinematic region, the eta asymmetry is larger than the already large pi0 asymmetry.

研究动机与目标

• 在大费曼变量xF区域（xF > 0.5）测量η介子的横向单自旋不对称性AN，以检验基于QCD的自旋模型的预测。
• 在相同动量空间区域比较η介子与π⁰介子的AN，以探究自旋不对称性的同位旋依赖性。
• 研究η介子的AN是否在高xF区域趋近最大值，以判断是否存在特定自旋-轨道机制的主导作用。
• 通过比较同位旋I=0的η介子与同位旋I=1的π⁰介子，评估高阶扭曲效应在单自旋不对称性中的作用，鉴于二者夸克组分与波函数结构不同。

提出的方法

• 利用STAR前向π介子探测器（FPD），在√s = 200 GeV的极化质子-质子碰撞中探测η与π⁰介子的两光子衰变产物。
• 通过伪快度（η ≈ 3.65）与方位角（φ）的几何截断条件选择符合η与π⁰衰变的事件：((Y-3.65)² + tan²(φ))² < (0.15)²。
• 利用质量窗口选择η候选事例（mη = 0.55 ± 0.07 GeV）与π⁰候选事例（mπ⁰ = 0.135 ± 0.05 GeV）。
• 采用交叉比值法计算AN，该方法比较正极化与负极化束流运行中的不对称性。
• 实施动量选择以最大化高xF区域η介子的探测效率，重点关注xF > 0.5的区域。
• 报告了在xF范围0.55–0.75内η与π⁰介子的AN加权平均值，仅包含统计误差（系统误差估计较小）。

实验结果

研究问题

• RQ1 在大xF区域（xF > 0.5）中，η介子的横向单自旋不对称性AN是否超过π⁰介子？
• RQ2 观测到的η介子AN是否与QCD中Sivers或Collins型高阶扭曲模型的预测一致？
• RQ3 η介子的AN是否随xF增加而趋近最大值，提示存在动量或动力学极限？
• RQ4 同位旋量子数（η为I=0，π⁰为I=1）如何影响前向介子产生中AN的大小？
• RQ5 η与π⁰介子AN差异的观测结果，对夸克自旋关联与极化质子碰撞中碎片化的作用有何启示？

主要发现

• 在xF范围0.55–0.75内，η介子的加权平均横向单自旋不对称性为⟨AN⟩η = 0.361 ± 0.064，显著大于π⁰介子的AN。
• 在相同xF范围内，π⁰介子的AN为⟨AN⟩π⁰ = 0.078 ± 0.018，表明二者差异超过四个标准差。
• η介子的AN随xF增加呈现上升趋势，提示在高xF区域可能趋近最大不对称性。
• 在相同动量空间区域内，η介子的AN比π⁰介子大四倍以上，挑战了未预测此类强同位旋依赖性的现有QCD模型。
• 该结果与早期E704测量结果一致，但显著性更高，且在高xF区域不对称性更大，表明信号具有强鲁棒性。
• 初步系统误差较小，表明报告的AN值主要受统计误差主导。