[论文解读] Measurements of F_{2} and R=\sigma_{L}/\sigma_{T} on Nuclear Targets in the Nucleon Resonance Region

V. Mamyan|arXiv (Cornell University)|Feb 7, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 28被引用 4

一句话总结

本论文利用罗森布卢斯技术，在核共振区（1 < W² < 4 GeV²，0.5 < Q² < 4.5 GeV²）对碳、铝、铁和铜靶进行了纵向-横向横截面比值 R = σL/σT 和 F2 结构函数的高精度分离测量。基于杰斐逊实验室实验 E04-001 的数据，研究证实了核结构函数中的夸克-强子对偶性，表明核中费米运动平均了共振涨落，导致与深度非弹性极限一致的标度行为。结果降低了 K2K 和 MINOS 实验中中微子振荡参数的不确定性，并验证了如 MRST(NNLO) 这类考虑靶质量修正的全局参数化方案。

ABSTRACT

Jefferson Lab Experiment E04-001 used the Rosenbluth technique to measure R=\sigma_{L}/\sigma_{T} and F_{2} on nuclear targets. This experiment was part of a multilab effort to investigate quark-hadron duality and the electromagnetic and weak structure of the nuclei in the nucleon resonance region. In addition to the studies of quark-hadron duality in electron scattering on nuclear targets, these data will be used as input form factors in future analysis of neutrino data which investigate quark-hadron duality of the nucleon and nuclear axial structure functions. An important goal of this experiment is to provide precise data which to allow a reduction in uncertainties in neutrino oscillation parameters for neutrino oscillation experiments (K2K, MINOS). This inclusive experiment was completed in July 2007 at Jefferson Lab where the Hall C High Momentum Spectrometer detected the scattered electron. Measurements were done in the nuclear resonance region (1 < W^{2} < 4 GeV^{2}) spanning the four-momentum transfer range 0.5 < Q^{2} < 4.5 (GeV^{2}). Data was collected from four nuclear targets: C, Al, Fe and Cu.

研究动机与目标

• 利用罗森布卢斯技术，在核共振区测量 R = σL/σT 和 F2 结构函数。
• 检验核子横向和纵向结构函数中的夸克-强子对偶性。
• 为降低 K2K 和 MINOS 实验中中微子振荡参数的不确定性，提供精确数据。
• 研究核效应对结构函数的影响，特别是费米运动在平均共振涨落中的作用。
• 验证考虑靶质量修正的核子结构函数全局参数化（如 MRST(NNLO)）在共振区的适用性。

提出的方法

• 采用罗森布卢斯技术，通过在 12°–76° 散射角下测量电子散射，分离纵向和横向横截面。
• 在杰斐逊实验室 Hall C 使用高动量谱仪（HMS）对 12C、27Al、56Fe 和 64Cu 靶收集数据。
• 对漂移室、多道计时器、切伦科夫探测器和电磁量能器实施全面的探测器标定。
• 采用迭代全局拟合方法，结合弹性与非弹性模型，对横截面进行拟合并提取结构函数。
• 对实验横截面应用辐射修正、库仑修正和接受度修正。
• 通过模型依赖的 RA − RD 插值方法提取 F2 结构函数，结合氘核参考数据和同位旋加权。

实验结果

研究问题

• RQ1 在共振区，核子的横向和纵向结构函数中，夸克-强子对偶性是否成立？
• RQ2 R = σL/σT 的核依赖性如何？其随 A 或 Q² 的变化是否显著？
• RQ3 费米运动和核效应在多大程度上抹去了 F2 中的共振结构？
• RQ4 考虑靶质量修正的全局参数化（如 MRST(NNLO)）对测量的 F2 和 FL 结构函数的描述程度如何？
• RQ5 所测得的数据在多大程度上可降低 K2K 和 MINOS 实验中中微子振荡参数的不确定性？

主要发现

• 在所有靶中，当 W² > 2 GeV² 时，R 未表现出显著的核依赖性，表明与对偶性一致。
• 提取的 F2 结构函数表明，共振涨落被费米运动所平均，尤其在铜（A = 64）靶上，当 Q² > 1.5 GeV² 时表现明显。
• 当 Q² > 1 GeV² 时，观察到 F2 与纳赫特曼变量 ξ 的标度行为，且在铜靶上，当 Q² > 1.5 GeV² 时，Bjorken x 的标度行为也得到证实。
• MRST(NNLO) 参数化结合靶质量修正对数据描述最佳，尤其在 FL 方面，表明靶质量效应至关重要。
• 数据与考虑靶质量修正的 MRST(NNLO) 参数化的良好一致性，支持了核中夸克-强子对偶性的有效性。
• 结果证实，共振区的核效应在定性上与深度非弹性散射中的效应相似，暗示通过对偶性存在更深层次的联系。