[论文解读] Valence Quarks Polarization from COMPASS

A. Korzenev|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

该论文首次利用160 GeV极化μ子束和极化⁶LiD靶的半微量深度非弹性散射（SIDIS）数据，基于LO近似对来自COMPASS的极化价夸克分布Δuᵥ + Δdᵥ进行了评估。分析采用差分不对称性A^{h⁺−h⁻}以分离价夸克极化，得到在Q² = 10 GeV²时的一阶矩为0.40 ± 0.07（统计）± 0.05（系统）的测量结果，支持轻夸克海分布具有非对称性（即Δū = −Δd̄）而非对称海假设的结论。

ABSTRACT

A first evaluation of the polarized valence quark distribution $Δu_v(x)+Δd_v(x)$ from the COMPASS experiment (CERN/SPS) is presented. The data were collected by COMPASS in the years 2002--2004 using a 160 GeV polarized muon beam scattered off a large polarized $^6$LiD target and cover the range $1< Q^2 < 100$ GeV$^2$ and $0.006

研究动机与目标

• 利用新颖的不对称性方法从COMPASS的SIDIS数据中提取极化价夸克分布Δuᵥ + Δdᵥ。
• 通过采用差分不对称性A^{h⁺−h⁻}，消除LO QCD中主要扭曲度的分裂函数依赖性，从而降低理论不确定性。
• 确定价夸克极化的第一阶矩，并评估轻反夸克海分布的对称性。
• 将COMPASS结果与以往SMC和HERMES测量进行比较，以检验核子自旋结构模型的一致性。

提出的方法

• 利用差分不对称性A^{h⁺−h⁻}，其定义为在横向和纵向束靶极化状态下，正反强子截面之差的比值。
• 应用关系式A^{h⁺−h⁻} = (1/(1−r)) × (A^{h⁺} − rA^{h⁻})，其中r为负强子与正强子截面之比，通过考虑探测器接受度修正后的强子产额比估算。
• 基于全球DIS和SIDIS数据的QCD全局拟合，利用LO DNS参数化将提取的Δuᵥ + Δdᵥ分布演化至Q² = 10 GeV²。
• 通过提取公式中的因子(1 + R(x,Q²))(1 − 1.5ω_D)，对氘核D态混杂和纵向结构函数效应（R = σ_L/σ_T ≠ 0）进行修正。
• 在提取过程中使用MRST 2004无极化部分子分布和KKP分裂函数。
• 系统误差估计包括束靶极化、稀释度、去极化以及由探测器不稳定引起的虚假不对称性，其中虚假不对称性被限制在小于0.5σ_stat以内。

实验结果

研究问题

• RQ1 在0.006 < x < 0.7且1 < Q² < 100 GeV²的运动学范围内，极化价夸克分布Δuᵥ + Δdᵥ的第一阶矩是多少？
• RQ2 COMPASS对Δuᵥ + Δdᵥ的测量结果与SMC和HERMES先前测量结果在量级和一致性方面如何比较？
• RQ3 所测得的Δuᵥ + Δdᵥ值是否支持对称的海夸克分布（即Δū = Δd̄ = Δs = Δs̄）还是非对称的海分布（即Δū = −Δd̄）？
• RQ4 辐射修正和高阶QCD效应在多大程度上影响差分不对称性A^{h⁺−h⁻}？
• RQ5 低x区域（x < 0.006）对Δuᵥ + Δdᵥ第一阶矩的贡献有多大，是否可忽略？

主要发现

• 在Q² = 10 GeV²时，极化价夸克分布Δuᵥ + Δdᵥ的第一阶矩测量结果为0.40 ± 0.07（统计）± 0.05（系统）。
• 该结果比预期的对称海夸克分布（Δū = Δd̄ = Δs = Δs̄）低2σ，表明更倾向于非对称海分布。
• 该值与Δū = −Δd̄的场景一致，如结合式(4)中的轴向荷a₀和a₈关系所预测。
• Δuᵥ + Δdᵥ在低x区域的积分近似恒定，x > 0.7时贡献极小（0.004），支持从x = 0.006外推至x = 0的合理性。
• COMPASS结果与DNS LO参数化以及以往SMC和HERMES测量结果具有良好一致性，证实了实验间的一致性。
• 系统误差主要来自极化测量和探测器效应，由仪器不稳定引起的虚假不对称性估计低于统计误差的一半。