[论文解读] Single spin asymmetries in transversely polarized proton(antiproton) - proton inclusive processes

M. Anselmino, F. Murgia|arXiv (Cornell University)|Aug 26, 1998

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 61

一句话总结

本文提出了一种包含固有横向动量（$ olimits\mathbf{k}_\perp$）和自旋依赖的夸克分布函数（$ olimits\Delta_N f$）的高阶扭QCD框架，以解释 $p^\uparrow p$ 和 $ olimits\bar{p}^\uparrow p$ 产生过程中的大单自旋不对称性（SSA）。利用 $p^\uparrow p \to \pi X$ 数据固定参数后，该模型预测了 $ olimits\gamma$、$K^\pm$ 和 $K^0_S$ 产生过程的SSA，显示出对碎片化函数集合的强烈依赖性——尤其是对中性kaon而言——为区分夸克海与价夸克贡献提供了可检验的特征信号。

ABSTRACT

We consider several single spin asymmetries in inclusive, transversely polarized proton(antiproton) - proton processes as higher twist QCD contributions, taking into account spin and intrinsic transverse momentum effects in the quark distribution functions. This approach has been previously applied to the description of the single spin asymmetries observed in transversely polarized proton - proton -> pion + X reactions and all its parameters fixed: we give here predictions for new processes, which agree with experiments for which data are available, and suggest further possible measurements.

研究动机与目标

• 将先前针对 $p^\uparrow p \to \pi X$ 优化的 $ olimits\mathbf{k}_\perp$-和自旋依赖的夸克分布函数（$ olimits\Delta_N f$）扩展至新 inclusive 过程，以预测SSA。
• 检验高阶扭QCD框架在不同末态（包括π介子、光子和kaon）中的一致性和普遍性。
• 评估SSA预测对碎片化函数选择的敏感性，特别是价夸克与海夸克贡献的相对重要性。
• 为未来实验提供可检验的预测，特别是针对 $K^0_S$ 产生过程，以区分竞争的碎片化函数参数化方案。
• 分离固有 $ olimits\mathbf{k}_\perp$ 和自旋效应在高能强子碰撞中单自旋不对称性形成机制中的作用，排除其他可能机制的影响。

提出的方法

• 采用包含高阶扭贡献的QCD因子化框架，初始态中引入自旋和 $ olimits\mathbf{k}_\perp$-依赖的部分子分布函数（$ olimits\Delta_N f$）。
• 使用先前通过 $p^\uparrow p \to \pi X$ 数据拟合的 $ olimits\Delta_N f$ 的现象学参数化形式，对新过程不作任何自由参数调整。
• 将相同形式化方法应用于计算 $ olimits\bar{p}^\uparrow p \to \pi X$、$p^\uparrow p \to \gamma X$ 和 $p^\uparrow p \to K X$ 的SSA，通过微分截面差 $A_N = (d\sigma^\uparrow - d\sigma^\downarrow)/(d\sigma^\uparrow + d\sigma^\downarrow)$ 定义。
• 采用多种碎片化函数（FF）参数化方案——BKK1、BKK2、BKK3、BKK4——用于kaon，以评估 $A_N$ 对FF结构的敏感性。
• 利用电荷共轭对称性，将 $p^\uparrow p$ 和 $ olimits\bar{p}^\uparrow p$ 在光子和kaon产生过程中的结果相互关联。
• 在动量空间区域（特别是大 $x_F$ 区域）进行数值计算，将预测结果与现有实验数据和理论预期进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否仅用 $p^\uparrow p \to \pi X$ 数据固定参数的 $ olimits\mathbf{k}_\perp$-和自旋依赖分布函数 $ olimits\Delta_N f$，在不引入新自由参数的情况下，定量预测 $ olimits\bar{p}^\uparrow p \to \pi X$ 和 $p^\uparrow p \to \gamma X$ 过程中的SSA？
• RQ2 kaon产生过程（$K^\pm$、$K^0_S$）的SSA预测对碎片化函数参数化方案的选择有多敏感，特别是对价夸克与海夸克贡献的相对权重？
• RQ3 是否 $K^0_S$ 产生的SSA对碎片化函数集合表现出强烈依赖性，能否作为区分竞争FF模型的判别指标？
• RQ4 奇异夸克分布（如 $I_{+-}$）在 $p^\uparrow p \to K X$ 产生的SSA中起何作用？在大 $x_F$ 区域是否具有显著贡献？
• RQ5 该模型能否通过特定过程的预测，将 $ olimits\mathbf{k}_\perp$-诱导的SSA机制与其他可能机制（如胶子极点、轨道角动量）区分开来？

主要发现

• 该模型在无自由参数条件下成功预测了 $ olimits\bar{p}^\uparrow p \to \pi X$ 和 $p^\uparrow p \to \gamma X$ 过程中的SSA，尽管后者的实验不确定性较大，但预测结果与现有实验数据总体一致。
• 对于 $p^\uparrow p \to K^\pm X$ 过程，模型预测的SSA与实验观测结果一致，且在大 $x_F$ 区域，$A_N(K^+ + K^-)$ 趋近于 $A_N(K^+)$，符合价夸克主导的预期。
• $K^0_S$ 产生的SSA对碎片化函数参数化方案高度敏感：强调价夸克贡献的模型预测结果与 $A_N \sim A_N(K^+)$ 一致；而海夸克贡献较大的模型则导致SSA符号反转或幅度显著改变，为检验FF集合提供了清晰判据。
• 在大 $x_F$ 区域，奇异夸克对 $K^0_S$ 产生SSA的贡献可忽略不计，因为海夸克分布迅速衰减，因此价夸克效应占主导地位。
• 该模型对 $A_N(K^0_S)$ 的预测在不同FF集合下具有鲁棒性和显著差异，表明若能测量该不对称性，可直接区分竞争的碎片化函数参数化方案。
• 该框架在多个过程间提供了统一且基于现象学的SSA描述，支持固有 $ olimits\mathbf{k}_\perp}$ 和自旋依赖部分子分布作为高能强子产生中SSA主导机制的物理合理性。