[论文解读] SIDIS in target fragmentation region

A.M. Kotzinian, M. Anselmino+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用 3

一句话总结

本文为半包容深度非弹性散射（SIDIS）中靶碎片裂区（TFR）的自旋和横动量依赖性断裂函数发展了一套领先扭曲形式体系，表明在TFR中单个强子产生仅在领先阶访问一种类似Sivers的方位角不对称性。此外，本文进一步表明双强子产生——其中一个强子位于当前碎片裂区（CFR），另一个位于TFR——可访问全部16个领先扭曲断裂函数，从而实现对核子三维自旋结构的完整层析重建。

ABSTRACT

We shortly describe the leading twist formalism of spin and transverse-momentum dependent fracture functions recently developed and present results for the production of spinless hadrons in the target fragmentation region (TFR) of SIDIS. In this case not all fracture functions can be accessed and only a Sivers-like single spin azimuthal asymmetry shows up at LO cross-section. Then, we demonstrate that the measurement of spin dependent azimuthal asymmetries in double hadron production in polarized SIDIS -- with one spinless hadron produced in the current fragmentation region (CFR) and another in the TFR -- would provide access to all 16 leading twist fracture functions.

研究动机与目标

• 将自旋和横动量依赖性（STMD）断裂函数的理论框架扩展至SIDIS的靶碎片裂区（TFR）。
• 解决单个强子在TFR中产生的局限性，即在领先阶仅能访问单一类似Sivers的方位角不对称性。
• 提出在SIDIS中进行双强子产生（DSIDIS）以访问全部16个领先扭曲断裂函数。
• 证明测量DSIDIS中自旋依赖的方位角不对称性可实现对核子三维自旋依赖部分子结构的完整重建。
• 识别未来实验设施——JLab 12和电子-离子对撞机（EIC）——为测试所提框架的理想场所。

提出的方法

• 将TMD因子化形式体系适配至TFR中的SIDIS，使用STMD断裂函数，描述在靶核子中的夸克经历一次硬散射后在TFR中产生强子的概率。
• 推导出TFR中单个强子产生的领先阶（LO）截面，表明由于对断裂函数的访问受限，其仅依赖于一种类似Sivers的方位角不对称性。
• 引入双强子产生（DSIDIS），其中一个强子位于当前碎片裂区（CFR），另一个位于TFR，利用Collins效应探测夸克的横自旋极化。
• 通过STMD断裂函数与未极化/分裂函数的卷积，构建DSIDIS的完整LO截面，包含纵向和横向靶极化对应的自旋依赖项。
• 识别出结构函数中存在${\bf P}_{T1} \cdot {\bf P}_{T2}$相关项，其在CFR和TFR中的强子之间产生长程方位角相关性。
• 证明DSIDIS截面结构可通过两强子的方位角自旋不对称性访问全部16个领先扭曲断裂函数。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何SIDIS中TFR内的单个强子产生无法访问全部自旋和横动量依赖性断裂函数？
• RQ2 如何通过SIDIS中的双强子产生（DSIDIS）在TFR中访问全部16个领先扭曲断裂函数？
• RQ3 Collins效应在实现TFR中夸克横自旋极化的测量中起到何种作用？
• RQ4 在DSIDIS中出现了哪些在标准SIDIS的CFR中不存在的新自旋依赖方位角不对称性？
• RQ5 CFR和TFR中强子的横动量之间相关性如何影响DSIDIS截面的方位角结构？

主要发现

• 在领先阶，SIDIS中TFR内的单个强子产生仅能访问一种类似Sivers的单自旋方位角不对称性，限制了对核子自旋结构的信息获取。
• DSIDIS过程——其中一个强子在CFR产生，另一个在TFR产生——可通过自旋依赖的方位角不对称性访问全部16个领先扭曲断裂函数。
• DSIDIS的LO截面包含与$\lambda D_{ll}(y) \sigma_{LU}$和$\lambda S_T D_{ll} \sigma_{LT}$成比例的项，对应于在标准SIDIS的CFR中不存在的束流自旋单自旋不对称性。
• 结构函数中${\bf P}_{T1} \cdot {\bf P}_{T2}$相关项的存在，导致CFR和TFR中强子之间的方位角相关性，这虽可能使分析复杂化，但也提供了新物理。
• 结构函数$\sigma_{LU}$与$\sin(\phi_1 - \phi_2)$成正比，表明其对两强子之间相对方位角的直接敏感性。
• 所提出的DSIDIS框架非常适合在未来的JLab 12升级设施和电子-离子对撞机（EIC）中进行实验验证。