[论文解读] New COMPASS results on Collins and Sivers asymmetries

F. Bradamante|arXiv (Cornell University)|Nov 3, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 7

一句话总结

该论文基于2010年CERN SPS实验中160 GeV/c的μ子束流在横向极化质子靶上的半包容深度非弹性散射（SIDIS）测量，报告了新的COMPASS实验结果。结果以超过两倍的精度确认了先前的发现，并在低y和低z区域观测到正强子的Sivers不对称性显著增强，暗示可能存在未被主导扭曲模型预测的Q²或W依赖性。

ABSTRACT

The study of transverse spin and transverse momentum effects is an important part of the scientific program of COMPASS, a fixed target experiment at the CERN SPS. For these studies a 160 GeV/c momentum muon beam is scattered on a transversely polarized nucleon target, and the scattered muon and the forward going hadrons produced in DIS processes are reconstructed and identified in a magnetic spectrometer. The measurements have been performed on a deuteron target in 2002, 2003 and 2004, and on a proton target in 2007 and 2010. The results obtained for the Collins and Sivers asymmetries from the data collected in 2010 are here presented for the first time. They nicely confirm the findings of the 2007 run and allow for reduction of the errors by more than a factor of two.

研究动机与目标

• 利用横向极化质子靶的高精度数据，测量半包容深度非弹性散射（SIDIS）中的Collins和Sivers不对称性。
• 通过分析高Q²区域的不对称性，检验与横动量依赖（TMD）部分子分布函数相关的Sivers函数的主导扭曲性质。
• 研究Sivers和Collins不对称性的运动学依赖性，特别是在低y和低z区域，该区域观测到出乎意料的增强。
• 为全局拟合分析横自旋和Sivers函数提供关键数据，支持未来在极化SIDIS和Drell-Yan过程中的研究。

提出的方法

• 在CERN SPS的COMPASS固定靶实验中，使用160 GeV/c的μ子束流轰击横向极化质子靶。
• 通过磁质谱仪重建并识别散射μ子和前向强子，以测量其方位角分布。
• Collins不对称性通过强子方位角分布相对于轻子散射平面的π调制振幅提取，公式为 $A_{\text{Coll}} = \sum e_q^2 \cdot \Delta_T q \cdot \Delta_T^0 D_q^h / \sum e_q^2 \cdot q \cdot D_q^h$。
• Sivers不对称性通过强子分布中的$\sin\Phi_S$调制测量，其中$\Phi_S = \phi_h - \phi_s$，计算公式为 $A_{\text{Siv}} = \sum e_q^2 \cdot \Delta_0^T q \cdot D_q^h / \sum e_q^2 \cdot q \cdot D_q^h$。
• 数据在$x > 0.032$、$z > 0.2$和$0.1 < y < 0.9$（标准样本）的运动学区域内分析，并与低-y（$0.05 < y < 0.1$）和低-z（$0.1 < z < 0.2$）子样本进行比较。
• 与2007年运行相比，统计不确定性降低了两倍以上，从而提高了对运动学依赖性的敏感度。

实验结果

研究问题

• RQ1 Sivers不对称性在低y或W值下是否表现出与主导扭曲预期相反的运动学依赖性？
• RQ2 与标准$z > 0.2$选择相比，Collins和Sivers不对称性在低-z区域（$z > 0.1$）如何变化？
• RQ3 在低y区域观测到的正强子Sivers不对称性增强是否具有统计显著性，并在所有运动学区域内保持一致？
• RQ4 在低y和低z区域观测到的Sivers不对称性趋势是否可归因于Q²或W依赖性，还是表明存在超越主导扭曲TMD因子化的新物理？
• RQ5 负强子的Sivers不对称性是否在所有运动学区域内均与零一致，如对称性考虑所预期？

主要发现

• 正强子的Sivers不对称性在低-y区域（$0.05 < y < 0.1$）相比标准样本（$0.1 < y < 0.9$）表现出明显且显著的增强，此时W值降至约3 GeV。
• 与标准$z > 0.2$样本相比，正强子的Sivers不对称性在低-z区域（$0.1 < z < 0.2$）急剧减小，表明存在强烈的运动学依赖性。
• 负强子的Sivers不对称性未观测到显著趋势，其值在低-y和低-z区域均与零一致。
• 当从$z > 0.2$移动到$0.1 < z < 0.2$时，Collins不对称性的大小仅略有减小，表明该可观测量的z依赖性较弱。
• 2010年质子数据使Collins和Sivers不对称性的不确定性相比2007年运行降低了两倍以上，以更高精度确认了先前的发现。
• 在低y和低z区域观测到的增强效应未被主导扭曲TMD因子化模型所预测，提示可能存在Q²或W依赖性，需进一步研究。