hermes の偏極深非弾性散乱による クォークフレーバーごとの...

HER

MES

HER

MES

の偏

極深

非弾

性散

乱に

よる

の偏

極深

非弾

性散

乱に

よる

クォ

ーク

フレ

ーバ

ーご

との

クォ

ーク

フレ

ーバ

ーご

との

偏極

分布

関数

の測

定偏

極分

布関

数の

測定

HER

MES

HER

MES

の偏

極深

非弾

性散

乱に

よる

の偏

極深

非弾

性散

乱に

よる

クォ

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との

クォ

ーク

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ーバ

ーご

との

偏極

分布

関数

の測

定偏

極分

布関

数の

測定

田中

秀和

田中

秀和

、大

須賀

弘、

宮地

義之

、柴

田利

明、

他　

HER

MES

col

labo

ratio

n

東工

大理

柴田

研究

室

Con

tents

1. H

ERM

ES e

xper

imen

t2.

Incl

usiv

e/Se

mi-i

nclu

sive

spi

n as

ymm

etry

3. Q

uark

pol

ariz

atio

n 4.

Sum

mar

y

第５

８回

　日

本物

理学

会20

02年

　9

月14

日立

教大

学

Cherenkov

Hermes Spectrometer at DESY-HERAHermes Spectrometer at DESY-HERA

Longitudinally polarized e+(e-) beam 27.6 GeV, polarization <PB> ～ 60 %

Internal Target longitudinally polarized H (1996,1997), D (1998 ～ 2000) target

Particle Identification : hadron identification - Threshold Cherencov Counter 1995 ～ 1997 　　　　　 π identification ( 4.9 　～　 13.5 　 GeV/c )

- Ring Imaging Cherenkov Counter (RICH) 1998 ～ π, Ｋ , p separation ( 2 ～ 15 GeV/c )

HERMES ExperimentHERMES Experiment

Aerogel Tiles

C4F10 Gas

Cherencov angle(Θ ｃ ) vs 　 Momentum (GeV/c)

Ring Imaging Cherencov CounterRing Imaging Cherencov Counter

P (GeV/c)

Θｃ

(ra

d)

PMT Plane

Mirror

particle track

C4F10 Gas

Aerogel Tiles

1998 ~ 2000 data

• Radiator– C4F10 Gas n=1.0014– Aerogel Tiles n=1.0303

• PMT– 3/4 inch 1934 PMTs

• Momentum region– 2 ~ 15 GeV/c2 ~ 15 GeV/c

1934PMTs

3.1 GeVpion

4.5 GeVelectron

Ring fromgas

Ring fromaerogel

Ring Imaging Cherencov CounterRing Imaging Cherencov Counter

Hadron Coincidence MeasurementHadron Coincidence Measurement

Inclusive (Only scattered lepton is measured)

Semi-inclusive(Hadron coincidence messurement with the scattered hadron)

lepton

nucleon

γ

hadron

)(E,k k

) (M,P 0

),(E'k' k'

)(ν,q q

θ

)p,(Ep hh

hadronization

fragmentation

hadron

Beam spin :

Target spin :

InclusiveInclusive//HadronHadron Spin Asymmetry Spin Asymmetry A1

2 1 ) Q(x, A e/h

N N NN

e/h

e/h

e/h

e/h

Spin AsymmetriesSpin Asymmetries

qf-(x)

e

virtual photon

e

virtual photon

Beam spin

Beam spin

Target spin

Target spin

qf+(x)

Polarized Quark Distribution

Δqf (x) ≡ qf

+(x) - qf-(x)

Ne/h : Total number of inclusive leptons/semi-inclusive hadrons

H→

→D→

DATA SamplesDATA Samples

Typical Kinamatics and Cuts W2 > 10 GeV2

1.0 < Q2 < 15 GeV2 z = Eh/ν ＞ 0.2 xF ＞ 0.1

※All numbers after data quality and kinematic cuts

Measu

red

Asym

metr

ies

Measu

red

Asym

metr

ies

on

Pro

ton

Targ

et

on

Pro

ton

Targ

et

Inclu

siv

e

π+

/-

h+

/-

1996

~199

7da

ta

π+/

-　

iden

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atio

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Th

resh

old

Cher

enco

v Co

unte

rin

4.9

~ 1

3.5

GeV

/c

Measu

red

Asym

metr

ies

Measu

red

Asym

metr

ies

on

Deu

teri

um

Targ

et

on

Deu

teri

um

Targ

et

π+

/-h

+/-

K+

/-In

clu

siv

e

Aerogel Tiles

C4F10 Gas

Cherencov angle(Θ ｃ ) vs 　 Momentum (GeV/c)

Ring Imaging Cherencov CounterRing Imaging Cherencov Counter

P (GeV/c)

Θｃ

(ra

d)

PMT Plane

Mirror

particle track

C4F10 Gas

Aerogel Tiles

1998 ~ 2000 data

• Radiator– C4F10 Gas n=1.0014– Aerogel Tiles n=1.0303

• PMT– 3/4 inch 1934 PMTs

• Momentum region– 2 ~ 15 GeV/c2 ~ 15 GeV/c

Δq/q : polarization

Δq : pol. Distribution

(Output)

（ｘ）/ｑΔｑ

（ｘ）/ｑΔｑ　

（ｘ）P（ｘ）P

（ｘ）P（ｘ）P

（ｘ）A

（ｘ）　A

nn

１１

ｈ

f

ｈ

f

ｈ

f

ｈ

f

ｈ1

ｈ1

m

n

m

１

１

n

１

１

ｍ

１

Q P A

f f

f

fhqf

2q

hqf

2qh

1 (x)q(x)Δq

　　　(z)D　dz　　(x)q　e　

(z)D　dz　　(x)q　　e　　　(x)A

ff

ff

Q PA 　

Measured Spin Asymmetry for hadronMeasured Spin Asymmetry for hadron h in Quark Parton Model ( QPMin Quark Parton Model ( QPM ) )

Purity Matrix MethodPurity Matrix Method Extract the quark polarizations Δq/q(x)

Measured Asymmetri

es(Input)

Extracted Quark Polarizations

Extraction of Quark PolarizationExtraction of Quark Polarizationusing Purityusing Purity

(z)Dhqf

Fragmentation function

Pq ： Correlation between

hadron “h” and quark “q”. h

Purity Matrix

Purit

y M

atrix

Pu

rity

Mat

rix

Purit

ies

Kaon

K-｜

K＋＞＝｜

u s＞

｜Kー＞＝｜

u s＞

__

Calc

ula

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MES

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DF

( CTE

Q5L

O )

Monte

Carl

o(L

EP

TO

, JE

TS

ET

)

P f (x

)h

Pu

rity

Pu

rity

Extraction of Quark PolarizationExtraction of Quark Polarization

(x)s(x)sΔ

s(x)Δs(x)

(x)d(x)dΔ

(x)u(x)uΔ Old assumption

(x)s(x)sΔ

s(x)Δs(x)

(x)d(x)dΔ

(x)u(x)uΔ New assumption

For quark polarization

,

Extracted Quark PolarizationExtracted Quark Polarization

Δu/u

Δd/d

Δd/d__

Δu/u__

Δ ｓ / ｓ

Positive everywhere in

the measured region.

Negative.

sea-quark almost zero.

Extracted Quark PolarizedExtracted Quark Polarized xxbjbj weighted Density weighted Density

[1] PHYS. REV. D 53 (1996) 4775, ’ STANDARD ’ SCENARIO, LEADING ORDER [2] hep-ph/0203155, LEADING ORDER - Scenario 1

Sea quark contribution almost zero.

Positive contribution to nucleon spin in the measured region.

Negative contribution.

: GRSV/(1+R) parameterization Ref. [1]

: Bluemlein-Boettcher parameterization Ref. [2]

(Q2=2.5GeV2)

Summary and OutlookSummary and Outlook

1. Polarized quark distributions on H, D target.

2. RICH detector installation allows to extract Kaon asymmetry.

3. Individual polarized quark distributions5 parameter decomposition for the first time (Δu, Δd, Δu, Δd, Δs ; except Δs = Δs)

4. Extraction of the strange sea quark polarization and densities for the first time.

⇒ 　 Zero or slightly positive for Δ ｓ / ｓ , Δ ｓ .

New data of proton target will be added soon, and reduced statistical uncertainties. 　

→→

___

Expe

cted

sta

tistic

al p

reci

sion

Ex

pect

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tatis

tical

pre

cisi

on

on

on x

Δq

xΔq

for p

roto

n ta

rget

for p

roto

n ta

rget

Purit

ies

for C

harg

ed H

adro

nsPu

ritie

s fo

r Cha

rged

Had

rons

想定問答集Q. Quark type の数に対して input Asymmetry が多いが , どのように decomposition しているのか？

A. 　　 ｜ A ＞ = [P] ｜ Q ＞ 　という行列方程式に対して

Χ^2 = ｜ ｜ A ＞ー [P] ｜ Q ＞ ｜＾２

という方程式の　 Χ^2 　を最小にするように fit 　することで quark polarization を抽出している。

Q. Puriry 　 Matrix は何をいみするものなのか？

A. Hadron ｈ　を観測したときにその　 Hadron がどの quark が struck されたことにより生成されたかの確率を意味する。たとえば、 K- 　に対して、 P_{s} を見た場合には s-quark からの寄与が約１０％程度あるということを意味する。

Q. d-quark polarization 　について、 systematic error が u-quark のそれより大きいにはなぜか？

A. systematic error の大きな要因は Target Polarization の error からのものが。　 d-quark は D-target の asymmetry に sensitive なのでその error が寄与している。

Q. ｄ -quark polarization の　 systematic error が 4th bin で非常に大きいがなぜか？

A. いくつかの原因が重なっているが dominant なのは PDF の parameterization の違いからくるもの。

Q. 　２０００年のデータはなぜそんなに DIS event の数が増えているのか？

A. Luminosity が飛躍的に増えたため（ Target density の向上）

Q. s-quark polarization の　 systematic error が 2th bin で非常に大きいがなぜか？

A. sea quark のなかでも s-quark の parameterization の差は 2th bin でもっとも大きい。

Q. s-quark （ sea quark ）の polarization で、今後その statistical, systematic error が小さくなり精度良く polarization を決定することができるのか？

A. Sea quark の systematic error 　の大きな原因は Purity matrix を MC によって求めていることによるもの。現在、 HERMES 実験で測定された Kaon Fragm.Function 　を用いて decomposition することを試みている。このことにより syst. Error はかなり改善されることが期待できる。さらに、 HERMES では将来計画として longitudinal pol (p-target) の run が予定されている。

Q. Quark density の systemaic error が polarization のものより

小さくなっているのはなぜか？

A. sea quark の場合、 PDF parameterization の違いからくる

error が大きいため。

Q. Quark density 　についていくつかの理論予測があるがその結果とは一致しているものがあるのか等？

A. ***** 現在調査中 *****

DA

TA

Sam

ple

sD

ATA

Sam

ple

s

All n

umbe

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fter d

ata

qual

ity a

nd k

inem

atic

cut

s

↑

↑

Extracted Quark PolarizationExtracted Quark Polarization

(Δu+Δu)/(u+u)__

(Δd+Δd)/(d+d)__

Δq/q__

Targ

et

Pola

rizati

on

<P

T>

: 0

.82

±0

.05

(p

relim

.)

Sem

i-in

clu

siv

e A

sym

metr

ies

Sem

i-in

clu

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e A

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metr

ies

on

Pro

ton

Targ

et

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Pro

ton

Targ

et

Incl

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π+

/-

h+

/-

Sem

i-in

clu

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e A

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metr

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Sem

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metr

ies

on

Deu

teri

um

Targ

et

on

Deu

teri

um

Targ

et

π+

/-h

+/-

K+

/-In

clu

siv

e

Extracted Quark PolarizationExtracted Quark Polarization

(Δd+Δd)/(d+d)__

Δq/q__

(Δu+Δu)/(u+u)__

This flavor is sensitive to D asymmetry,and syst. uncertainty of the sea quarkUnpol. PDF parameterization

_

Extracted Quark PolarizationExtracted Quark Polarization

Δu/u

Δd/d

Δd/d__

Δu/u__

Δ ｓ / ｓ

s quark PDFs are largely different between parameterizations.

d quark sensitive to A1D

QED radiative correction largely affects this bin for A1D, and caused of proton Purity for this flavor.

The Symmetry of the Polarized Light quarkThe Symmetry of the Polarized Light quark

Δu-Δd__

Purit

ies

for C

harg

ed H

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nsPu

ritie

s fo

r Cha

rged

Had

rons

Purit

y (P

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Pro

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lity

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n “h

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k “q

”

Purit

ies

Had

ron

h+/-

｜π＋＞＝｜

u d＞

｜πー＞＝｜

u d＞

_

_

Purit

ies

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r Cha

rged

Had

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Purit

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virt

ual p

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n　

と相互作

用し

た

q

uark

“q”

から

had

ron

“h”

が

生成

され

る確

率

Purit

ies

Had

ron

h+/-

｜π＋＞＝｜

u d＞

｜πー＞＝｜

u d＞

_

_

Extracted Quark PolarizedExtracted Quark PolarizedDensityDensity

The x-weighted polarized quark densities, x・ Δq(x). The plots show a five parameter fit to the data assuming a symmetric strange sea polarization. The data were evolved to a common Q2=2.5GeV2. The dashed blue line shows

- the GRSV parameterisation (PHYS. REV. D53 (1996) 4775, 'STANDARD' SCENARIO, LEADING ORDER), and the dashed-dotted red line

- the Bluemlein-Boettcher parameterisation

(hep-ph/0203155, LEADING ORDER - Scenario 1).

Summary and OutlookSummary and Outlook１ . 1996 ~ 2000 年の data ( 標的 ) を用いて Inclusive/Semi-inclusive asymmetry の測定が行われた。その結果は　 SMC 　 E143 　の実験　　結果と高い精度で一致していおり、統計精度は飛躍的に改善されて　　いる。

２ . HERMES 実験では Target 　を用いて　 LO QCD 解析において　　 Polarized quark distribution 　の抽出を行った。

3. 世界で初めて sea quark 対称性の仮定を用いずに個々の sea quark 　　 polarization の抽出を行った。 ( ただし Δ ｓ = Δ ｓ ).

4. 世界で初めて strange sea quark polarization の抽出を行った。⇒ 　 Δ ｓ / ｓ　：　わずかに正またはゼロの値を示している

5. Δu - Δ ｄ　の抽出を試みた。

今後の課題として、 Fragmentation function を HERMES 実験で測定されたものを用いて decomposition することで、 sea quark polarization結果における系統的誤差を減らすことが期待できる。 　

__

_

→→H, D

HER

MES

HER

MES

Exp

eri

men

tH

ER

MES

Exp

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men

t

@ドイツ・ハンブルグ

HER

A @

DES

Y

Measured Semi-inclusive AsymmetriesMeasured Semi-inclusive Asymmetrieson Proton targeton Proton target

: Measured number of DIS hadrons: Luminosity

: Beam, target polarization

Purities for Charged HadronsPurities for Charged Hadrons

Purities for Charged HadronsPurities for Charged Hadrons

Measured Semi-inclusive AsymmetriesMeasured Semi-inclusive Asymmetrieson Proton targeton Proton target

Measured Semi-inclusive AsymmetriesMeasured Semi-inclusive Asymmetrieson Deuterium targeton Deuterium target

Measured Semi-inclusive AsymmetriesMeasured Semi-inclusive Asymmetrieson Deuterium targeton Deuterium target

RICH detector allows extraction of semi-inclusiveπ± and K± asymmetries.

Extraction Quark PolarizationExtraction Quark Polarizationusing Purityusing Purity

Sem

i-in

clu

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Sem

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: 0.8

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Extracted Quark PolarizationExtracted Quark Polarization

Extracted Quark PolarizationExtracted Quark Polarization

The Symmetry of the Polarized Light quarkThe Symmetry of the Polarized Light quark

Purit

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が

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_

_