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RHIC-spin の最新結果

RHIC-spin の最新結果. ＠ KEK 研究会 『 核子構造研究の新展開 2009』 2009 年 1 月 10 日 谷田 聖 ( 京都大学 ). 2 年前・・・. RHIC spin から見る核子構造. ＠ KEK 研究会 『 核子の構造関数 2007』 2007 年 1 月 12 日 谷田 聖 ( 京都大学 ). 何が変わった？. Recorded Luminosity@PHENIX – longitudinal run. ** initial estimate. あれっ？. 2007 年は Au-Au のみ。偏極陽子の Run はなし。

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RHIC-spin の最新結果

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Presentation Transcript

  1. RHIC-spinの最新結果 ＠KEK研究会『核子構造研究の新展開2009』 2009年1月10日 谷田 聖 (京都大学)

  2. 2年前・・・ RHIC spin から見る核子構造 ＠KEK研究会『核子の構造関数2007』 2007年1月12日 谷田 聖 (京都大学)

  3. 何が変わった？ Recorded Luminosity@PHENIX– longitudinal run ** initial estimate

  4. あれっ？ • 2007年はAu-Auのみ。偏極陽子のRunはなし。 • 2008年は５（実質４）週間のみ Recorded Luminosity@PHENIX– transverse run * 水平方向偏極

  5. RHIC spin って？ • 「陽子のスピンはどこから来るの？」という質問に答えるための実験の１つ。 • 陽子＝クォーク３つ？？ • 背景：陽子中のクォークの偏極を測る実験　→　レプトン Deep Inelastic Scattering

  6. レプトンDISの結果 • クォークのスピンは陽子のスピンの20－30％ぐらいしか担っていない→ spin crisis • では、残りは何？ • グルーオン？ • クォークが軌道角運動量を持っている？ RHIC spin 実験

  7. DISでは（なかなか）わからないこと • Photonを媒介 → 直接見ているのは電荷だけ • u : d : s : g = 4 : 1 : 1 : 0 • 特にグルーオンは見えない( Q2 evolution, photon-gluon fusion) • gluonを直接見る→ハドロン同士の衝突が必要陽子・陽子コライダーへ

  8. グルーオン偏極測定の原理 • 偏極陽子衝突で ALLを測る。 = (parton pol.)2× (aLL in parton reaction)

  9. グルーオン偏極測定の原理 • Parton level の代表的な3プロセス（LO） • 実際にはパートンfragmented hadronを観測 • channel ごとに違う割合で混ざる • パートンの情報（Bjorken x など）はobscureされる

  10. 測定チャンネルの例 • Direct photon: g + q  g + q • フラグメンテーションの影響を受けない。 • 他のプロセス (e.g.`qq  gg)の混入が少ない  golden channel • Jet, high-pTハドロン生成 • 3つのプロセスが全て混ざる • 全てLOなので、統計が一番多い。  比較的少ない Luminosity で情報が得られる。 • 重いクォーク（チャーム、ボトム） • RHICでは gg→`qq がメイン • W： quark の flavor分解 • 例えば　W+なら`du

  11. Brhams pp2pp PHENIX STAR The Relativistic Heavy Ion Collider accelerator complex at Brookhaven National Laboratory

  12. RHIC p+p accelerator complex The polarimeters are experimental devices RHIC pC “CNI” polarimeters absolute pH polarimeter BRAHMS & PP2PP PHOBOS RHIC Siberian Snakes PHENIX STAR Siberian Snakes Spin Rotators 5% Snake LINAC BOOSTER AGS pC “CNI” polarimeter Pol. Proton Source AGS Coulomb-Nuclear Interference 200 MeV polarimeter Rf Dipoles 20% Snake

  13. RHIC performanceの変遷 2006, P=60% Delivered luminosity at s = 200 GeV 2008, P=45% 2005, P=46% 2003, P=34%

  14. PHENIX実験 Pioneering High Energy Nuclear Interaction EXperiment

  15. The PHENIX Detector • Philosophy • 高分解能・高レート。ただしAcceptanceは小さい。 • 高いPID能力 • Central Arms • |h| < 0.35, Df ~ p • g, p0, e, p+-, ... – Identified • 運動量、エネルギー測定 • Muon Arms • 1.2 < |h| < 2.4 • 運動量測定 • 小さなsystematics • relative luminosity ~ 10-4

  16. STAR The Collaboration Solenoid Tracker At RHIC

  17. STARDetector 0.5 T Solenoid 2005 run Triggering & Luminosity Monitor Central Tracking

  18. ALL測定 Run6: arXiv:0810.0694 PHENIX p0 central arm (y~0)

  19. STAR Jet ALL(y~0)

  20. さて、DGは？ • 欲しいもの：Dg(x) • データ点はいろいろなxのクォーク、グルーオンが重なったもの　 Deconvolution が必要。 • （今のところ）実用的な解析は、 • Dg(x)の関数系を仮定 例： Dg(x)=Cg(x)xa(1-x)b • 実験データ（DISを含む）をフィットして、最適なパラメータを探す • 例1： GRSV（M. Gluck et al., PRD 63 (2001) 094005.） • DGを仮定して、それ以外のパラメータはDISを使って決める • DGによっていくつかのバージョン（GRSV-std, max, min, ...） • 例２： AAC（平井氏のトーク）

  21. *Theoretical uncertainties not included GRSVの範囲内では

  22. 違う仮定では？ 0.02 < x < 0.3の範囲での DGには強い制限

  23. 最近のGlobal Analysisの例 de Florian et al., PRL101(2008) 072001

  24. STAR Neutral pion at STAR -0.95 < h < 0.95 1.0 < h < 2.0

  25. h

  26. STAR Charged pion

  27. unidentified h+- at 62.4 GeV 14% polarization uncertainty not included

  28. direct photons

  29. J/y J/y

  30. Left π0, xF<0 π0, xF>0 p  p Right AN測定 • AN： transverse偏極に対しての左右非対称性 • 1回の測定で、前方・後方の両方を測れる

  31. STAR これまでは・・・ arXiv:0801.2990(Accepted by PRL) • ナイーブなpQCDでは AN ~ mq/sqrt(s) ~ 0 でも、大きなANが観測 されている → なぜ？ いくつかのメカニズムが提案 - Sivers メカニズム - Collins メカニズム - Twist 3 メカニズム - ...

  32. SP SP kT,q p p p p Sq kT,π ANが出てくるメカニズム（例） Collins メカニズム:Transversity (quark 偏極) × jet fragmentation の非対称性 Sivers メカニズム:核子スピンとパートンのkT間の相関 Sq Phys Rev D41 (1990) 83; 43 (1991) 261 Nucl Phys B396 (1993) 161 グルーオンによる効果：有 グルーオンによる効果：無

  33. AN at √s = 62.4 GeV PRL101, 042001 (2008) p0 p0 < p+ ~ -p-傾向は他のエネルギーと同じ

  34. ANat √s = 200 GeV BRAHMS Preliminary

  35. STAR p0 ANとの比較 やはりpTの単調減少 関数ではない！ charged pと同じく、単純な傾向を示さない

  36. STAR EMC  coverage -1 +2 proton Proton Yellow(-z) Blue(+z) AN－ Di-jet • Di-jet 測定 → kTの左右非対称性 • fragmentationがないので、Collinseffectは効かない → Sivers effectに敏感(Boer & Vogelsang PRD 69 (2004) 094025 ) • STARによる測定 前後非対称な アクセプタンス

  37. STAR AN－ Di-jet -1 < h < 2 (blue) 5<pT<10 GeV/c Null Tests Parity-violating top-bottomasymmetry several x 10-3の精度で0とconsistent

  38. Emphasizes (80%+) gluon Sivers STAR AN－ Di-jet（2年前のスライド） Emphasizes (50%+ ) quark Sivers HERMESのデータをもとにした quark Sivers effect の予想と 大きく合わない！→ 謎。Sivers メカニズムによる説明に疑問

  39. New Calculation Bomhof, Mulders, Vogelsang, Yuan: PRD75, 074019 (2007) Prediction for dijet AN if Sivers contributions were same as for SIDIS (FSI) Initial- and final-state cancellations in p+p  jet+jet found to reduce expected dijet asymmetry at RHIC. Prediction for dijet AN if Sivers contributions were same as for Drell-Yan (ISI)

  40. h1 h2 Quark spin _   quark quark h1 h2 Collins fragmentation function h _   quark quark (courtesy A. Bacchetta) h IFF and Collins FF Interference fragmentation function J. Collins, S.Heppelmann, G. Ladinsky, Nuclear Physics B, 420 (1994) 565 J. C. Collins, Nucl. Phys. B396, (1993) 161 FF measurements are ongoing at KEK-BELLE

  41. Asymmetry result Still need more data...

  42. 予定 • 2009年は2月からRun9がスタート • ppのデータを取得 • 最初は500GeV、その後200GeVにシフト • 6月までの実験を予定。4月までの予算は確保済み。500GeV、200GeVともに20pb-1程度のデータを取得予定。 • 500GeVのRun • W–sea quarkの偏極度をflavorごとに測定 • y~0では200イベント程度実際に観測可能前方、後方については新しいtrigger回路のcomissioning • ハドロン、photonの測定では、より小さなｘ領域に感度 • 2010年には本格的なRunを予定

  43. 海クォーク偏極度の測定に向けて • 偏極陽子陽子衝突におけるW粒子の Single Spin Asymmetry (AL)は反クォークの偏極度に敏感 • 反応に参加する粒子のフレーバーとヘリシティが固定 • パリティを破るのでALは0ではない • RHIC PHENIX実験において W粒子崩壊から生じる高運動量のμ粒子を検出する x1 – x2の大きいところでは最初の項のみ が主に効く。

  44. PHENIX検出器 ミューオンの運動量分布 （√s=200GeV） ビーム ビーム 新しいトリガーの必要性 • 現在のトリガーのままでは、√s=500GeVでの設計輝度においてトリガー頻度が~50kHzになってしまう • →Muon Arm用DAQバンド幅の限界（2kHｚ）を大幅に超えている • →このままでは、低運動量μのデータでいっぱいになってしまう・・ • 現在のPHENIXのトリガーでは2GeV/c以上のμを捕まえている μ粒子 W粒子は運動量40GeV/c以上のμ粒子によって同定するため、 高運動量のμ粒子を選択的に検出できるようなトリガーが必要!!

  45. トリガー原理 • PHENIX Muon Tracker（MuTr）を用いたトリガーが提案された • →粗い軌跡情報を得て、高運動量μ粒子を選び出す • 棄却能力 (required = ６０００) • →約24000が達成できるはず！（シミュレーションより） MuTr PHENIX検出器

  46. Overview MuTRG-ADTX board MuTR. Current FEE DATA DCM (Data Collecting Module) ~95% Split! Trigger GL1 DATA ~5% Trigger MuTRG-ADTX MuTRG-MRG Optical Link 1.2Gbps Optical Link 2.6Gbps μ-Trigger LL1 Deserialized data MuTRG-TX Counting House Muon Arm

  47. 新しいトリガー生成回路の性能評価 F.H.R ~1kHz F.H.R ~10kHz F.H.R ~100kHz Efficiency against the peak strip ～Threshold dependence (St.2)～

  48. まとめ • DGに関しては、STAR・PHENIXのデータ双方から、consistentな結果が得られた。 • 0.02 < x < 0.3の領域については強い制限 • この範囲ではgluon偏極は小さい。むしろ負の偏極をfavor • より小さな（大きな）ｘ領域を探索すべく、努力している • Transverse 偏極を使った測定 • 前方でのみ有限の ANが観測され、後方・MidrapidityではAN～０ → valence quark が原因？ • エネルギーを変えても、この傾向は変わらない。 • pのANは、pTの単調減少関数ではなく、複雑な形をしている • まだメカニズムについて決着はついておらず、様々な測定が続けられている。

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