[论文解读] Single Spin Asymmetries in l p(transv. pol.) --> h X processes and TMD factorisation

M. Anselmino, M. Boglione+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 25, 2014

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 4

一句话总结

本文利用与深度非弹性散射（SIDIS）数据中提取的Sivers和Collins函数，通过横动量依赖（TMD）因子化方法研究了在大横动量区域的轻子-质子散射（ℓp↑→hX）中的横向单自旋不对称性（AN）。理论预测与HERMES实验数据在符号和形状上均表现出良好一致性，验证了TMD因子化在大PT下包括过程中的适用性。

ABSTRACT

Some estimates for the transverse Single Spin Asymmetry, A_N, in the inclusive processes l p(transv. pol.) --> h X, given in a previous paper, are expanded and compared with new experimental data. The predictions are based on the Sivers distributions and the Collins fragmentation functions which fit the azimuthal asymmetries measured in Semi-Inclusive Deep Inelastic Scattering (SIDIS) processes (l p(transv. pol.) --> l' h X). The factorisation in terms of Transverse Momentum Dependent distribution and fragmentation functions (TMD factorisation) -- i.e., the theoretical framework in which SIDIS azimuthal asymmetries are analysed -- is assumed to hold also for the inclusive process l p --> h X at large P_T. The values of A_N thus obtained agree in sign and shape with the data. Some predictions are given for future experiments.

研究动机与目标

• 检验TMD因子化在横动量极化质子的包括性轻子-质子散射中的适用性。
• 将单自旋不对称性（AN）的理论预测与新的HERMES数据进行比较。
• 评估从SIDIS数据拟合得到的Sivers和Collins函数在不同硬散射过程中的自洽性。
• 为电子-离子对撞机（EIC）未来的实验提供预测基准。

提出的方法

• 将TMD因子化形式应用于ℓp↑→hX过程，假设其与SIDIS中采用的框架相同。
• 使用从SIDIS数据中提取的Sivers分布函数（∆Nfq/p↑）和Collins分裂函数（Dh/q）。
• 通过自旋依赖与非极化截面之比计算AN，同时考虑方位角和横动量依赖性。
• 对部分子动量（k⊥, p⊥）进行积分，并利用狄拉克δ函数强制实现部分子反应中的动量守恒。
• 基于leading-twist TMD因子化框架，采用twist-2 TMD分布和分裂函数。
• 将预测结果与大PT区域的HERMES数据进行比较，选择与TMD框架一致的运动学区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 在大横动量区域，TMD因子化是否适用于包括性ℓp↑→hX过程？
• RQ2 从SIDIS中提取的Sivers和Collins函数是否能够描述ℓp↑→hX过程中的AN？
• RQ3 AN的理论预测是否与HERMES实验数据在符号和形状上一致？
• RQ4 对电子-离子对撞机（EIC）未来的测量有何启示？

主要发现

• 基于TMD因子化和从SIDIS数据导出的Sivers/Collins函数的AN理论预测，在符号和形状上与HERMES数据表现出良好一致性。
• 预测的不对称性与观测到的强子横动量分布中左右不对称性一致。
• 该模型成功描述了不同PT值范围内的AN，验证了TMD因子化向包括过程的推广。
• 结果支持TMD分布在SIDIS和包括性轻子-质子散射等不同硬过程中的普遍性。
• 本研究为EIC未来测量提供了预测框架，尤其适用于检验TMD普遍性。
• 分析确认，在此运动学区域中，Sivers效应主导了自旋不对称性，其他twist-3机制的贡献可忽略。