[论文解读] Spin Physics with COMPASS

Gerhard K. Mallot|ArXiv.org|Nov 20, 1996

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文提出在CERN开展COMPASS实验，以0.1的精度测量质子中胶子的极化度，即Δ(Δg/g) = 0.1。该实验利用开放底夸克的μ子产生过程来标记光子-胶子融合过程，从而通过高能μ子与极化核子靶的散射，间接提取胶子自旋贡献。

ABSTRACT

The recently proposed COMPASS experiment at CERN attempts a measurement of the gluon polarisation with a precision of delta(Delta g/g) = 0.1. The experiment uses open charm muoproduction to tag the photon-gluon fusion process.

研究动机与目标

• 以高精度测量质子中胶子极化度，目标分辨率为Δ(Δg/g) = 0.1。
• 通过确定胶子对质子自旋的贡献，解决长期存在的质子自旋危机问题。
• 利用光子-胶子融合过程作为探针，通过高能μ子散射研究胶子自旋结构。
• 开发一种利用深度非弹性散射中开放底夸克产生来标记胶子极化度的方法。
• 为未来高能对撞机中的自旋物理实验提供一个现象学上稳健的框架。

提出的方法

• 使用高能μ子束照射极化核子靶，诱导深度非弹性散射。
• 探测开放底夸克末态（D*±介子）以标记虚拟光子与胶子发生融合的事件。
• 应用运动学重建技术，将光子-胶子融合过程与背景过程分离。
• 利用底强子产生过程的高统计量和清晰信号特征，提高信背比。
• 应用光子-胶子融合截面的理论建模，以提取胶子极化度分数。
• 利用CERN SPS的高亮度和极化束/靶能力，实现所需的测量精度。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过开放底夸克的μ子产生过程，以Δ(Δg/g) = 0.1的精度测量质子中胶子极化度？
• RQ2 在μ子-底夸克产生过程中，光子-胶子融合过程在多大程度上可作为胶子自旋的清晰探针？
• RQ3 如何在μ子散射中将光子-胶子融合信号与其它QCD过程区分开来？
• RQ4 COMPASS实验对中等x值范围内的胶子自旋分布具有多高的预期灵敏度？
• RQ5 所测量的底夸克产生率是否可用于高置信度地提取极化胶子分布函数Δg(x)？

主要发现

• COMPASS实验的设计目标是实现对质子中胶子极化度测量的精度Δ(Δg/g) = 0.1。
• 开放底夸克的μ子产生过程为标记光子-胶子融合过程提供了清晰的实验信号。
• 该方法依赖于D*±介子的高质质量、高多重末态，以将信号与背景过程有效分离。
• 理论建模支持从测量的底夸克产生不对称性中提取Δg/g的可行性。
• 该实验有望提供关键数据，通过量化胶子贡献来解决质子自旋之谜。
• 所提出的方法为在中等Bjorken-x值区域测量胶子极化度提供了切实可行的路径，该区域其他方法灵敏度较低。