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...
DESCRIPTION
1. HERMES experiment 2. Inclusive/Semi-inclusive spin asymmetry 3. Quark polarization 4. Summary. 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 偏極分布関数の測定. 田中秀和 、大須賀弘、宮地義之、柴田利明、 他 HERMES collaboration. 東工大理 柴田研究室. 第58回 日本物理学会 2002 年 9 月 14 日 立教大学. Contents. Cherenkov. HERMES Experiment. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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
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クォ
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フレ
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との
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分布
関数
の測
定偏
極分
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数の
測定
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田中
秀和
田中
秀和
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宮地
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田利
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他
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3. Q
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Sum
mar
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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
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Pro
ton
Targ
et
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Pro
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h+
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K+
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Aerogel Tiles
C4F10 Gas
Cherencov angle(Θ c ) vs Momentum (GeV/c)
Ring Imaging Cherencov CounterRing Imaging Cherencov Counter
P (GeV/c)
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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
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Pu
rity
Mat
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Purit
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Kaon
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K+>=|
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|Kー>=|
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( CTE
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EP
TO
, JE
TS
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)
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
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Ex
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xΔq
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n ta
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Purit
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for C
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adro
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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
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Sam
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ATA
Sam
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↑
↑
Extracted Quark PolarizationExtracted Quark Polarization
(Δu+Δu)/(u+u)__
(Δd+Δd)/(d+d)__
Δq/q__
Targ
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Pola
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: 0
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±0
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+/-
K+
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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__
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率
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|πー>=|
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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
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MES
Exp
eri
men
t
@ドイツ・ハンブルグ
HER
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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
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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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