[论文解读] Measurements of the Electron-Helicity Dependent Cross Sections of Deeply Virtual Compton Scattering with CEBAF at 12 GeV

J. Roche, C. E. Hyde-Wright+2 more|ArXiv.org|Sep 11, 2006

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 18

一句话总结

本论文提出利用CEBAF 12 GeV电子束和极化氢靶，对深度虚拟康普顿散射（DVCS）中的电子手征依赖截面进行高精度测量。通过在Hall A高分辨率谱仪中探测散射电子，并在PbF₂量能器中探测发射的光子，实验旨在以3%的系统精度提取广义部分子分布（GPDs），从而实现对夸克分布横向空间结构随轻cone动量分数变化的首次成像。

ABSTRACT

We propose precision measurements of the helicity-dependent and helicity independent cross sections for the ep->epg reaction in Deeply Virtual Compton Scattering (DVCS) kinematics. DVCS scaling is obtained in the limits Q^2>>Lambda_{QCD}^2, x_Bj fixed, and -Δ^2=-(q-q')^2<2 GeV^2, W>2 GeV, and -Δ^21 GeV^2. We will use our successful technique from the 5.75 GeV Hall A DVCS experiment (E00-110). With polarized 6.6, 8.8, and 11 GeV beams incident on the liquid hydrogen target, we will detect the scattered electron in the Hall A HRS-L spectrometer (maximum central momentum 4.3 GeV/c) and the emitted photon in a slightly expanded PbF_2 calorimeter. In general, we will not detect the recoil proton. The H(e,e'g)X missing mass resolution is sufficient to isolate the exclusive channel with 3% systematic precision.

研究动机与目标

• 在12 GeV CEBAF的DVCS运动学条件下，测量ep → epγ反应的手征依赖和手征无关截面。
• 以高精度提取广义部分子分布（GPDs），以成像夸克在质子中随其轻cone动量分数变化的横向空间结构。
• 通过DVCS可观测量的Q²依赖性分析，检验因子化定理并量化高阶 twist 贡献（例如强子光子组分）。
• 分离康普顿形式因子的实部和虚部，从而在仅依赖虚部探测范围之外访问GPDs。
• 通过精确测定σ_LT、σ_TT和σ_LT′截面，校准未来相对不对称性测量。

提出的方法

• 在杰斐逊实验室Hall A中，使用能量为6.6、8.8和11 GeV的极化电子束轰击液态氢靶。
• 利用Hall A的HRS-L谱仪探测散射电子，其最大中心动量为4.3 GeV/c。
• 利用略微扩展的PbF₂量能器探测发射的光子，该量能器具有高包宿性和能量分辨率。
• 采用缺失质量重建技术，以3%的系统不确定度隔离唯一性ep → epγ过程。
• 测量手征依赖截面σ_LT、σ_TT和σ_LT′，以及纵向截面σ_L + σ_T/ε_L，以获取康普顿形式因子的实部和虚部。
• 对部分子分布应用DGLAP演化，并在b → ∞极限下采用因子化假设来建模GPDs并预测截面。

实验结果

研究问题

• RQ1 在DVCS区域内，手征依赖截面σ_LT、σ_TT和σ_LT′如何随Q²和t变化？
• RQ2 DVCS振幅的Q²依赖性如何？其对因子化定理的检验以及对高阶 twist 贡献的约束有何意义？
• RQ3 康普顿形式因子的实部和虚部如何约束夸克在质子中随轻cone动量分数变化的空间分布？
• RQ4 在固定x_Bj下，DVCS可观测量的t依赖性在多大程度上可实现对质子横向结构的重建？
• RQ5 测量的可观测量与VGG模型预测相比如何？这在10–20%水平上揭示了哪些模型不确定性？

主要发现

• 实验预计可在缺失质量重建中实现3%的系统精度，从而实现对唯一性ep → epγ过程的清晰隔离。
• DVCS可观测量的Q²依赖性将允许对因子化定理进行严格检验，并量化以1/Q²或更快速度衰减的高阶 twist 贡献。
• 在固定x_Bj下，可观测量的t依赖性将首次直接研究夸克分布的质子横向空间分布随其轻cone动量分数的变化。
• 康普顿形式因子实部与虚部的分离将使对GPDs的访问扩展至仅由虚部探测的x = ±ξ区域之外。
• 测量的截面σ_L + σ_T/ε_L、σ_LT、σ_TT和σ_LT′将为未来DVCS中相对不对称性测量提供校准基准。
• 实验预计需要88天的生产运行时间，另需12天用于PbF₂量能器的光学固化。