偏極ドレル・ヤン過程による陽子スピンとクォーク運動量相関の研究

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K14729
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 糠塚 元気 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 理研BNLセンター研究員 (00824864)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 核子構造 / 高エネルギーQCD / 陽子スピンの起源 / ドレル・ヤン過程 / 偏極標的

研究実績の概要

本研究は CERN COMPASS 国際共同研究が 2015, 2018 年に行った偏極ドレル・ヤン (DY) 測定データを解析し，標的陽子の横スピンに依存した構造，特に Sivers 関数と呼ばれる分布関数の情報を得ることが目的である。
陽子構造の解析に標的偏極度の情報は不可欠であるため研究代表者が行った。偏極度解析は 2020 年度に最終結果を得て、2021 年に「日本のスピン物理学の展望」において報告した。偏極標的の研究開発、偏極度解析は論文としてまとめ、Nuclear Instruments and Methods A で出版した。
DY データの解析では，すでに行っていた 2015 年の データ解析手法を改良して全データの解析を行った。モンテカルロシミュレーションで DY 過程が支配的な不変質量領域を 4.3 - 8.5 GeV/c^2 と見積もり、再構成したイベントの位置分布から偏極標的の領域を選択するなどをして可能な限り純粋な DY イベントのみを残し、それに対して標的偏極度に依存した角度分布の非対称度を抽出した。2021 年度後半にこの解析に目処が付き、 Sivers 関数に関係する非対称度約 0.05 を得た。理論的に Sivers 関数の符号は測定する物理過程が深非弾性散乱か DY かで反転すると予言されていたが、この結果は予言を支持しており、理論的な枠組みの正当性を確認することができた。これまでの結果は 2015 年のデータのみを用いていたため誤差の範囲で非対称度は 0 だったが、本研究によりサンプル数が 2 倍に増え統計誤差が抑えられたために有限の非対称度を得ることができた。これは他実験の結果もまとめて取り扱うグローバル解析で Sivers 関数を決定する際に大きな役割を果たすことになる。

研究成果

• [国際共同研究] CERN(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: CERN
• [雑誌論文] The large COMPASS polarized solid ammonia target for Drell?Yan measurements with a pion beam (2022)
  • 著者名/発表者名: Andrieux V.、Berlin A.、Doshita N.、Finger M.、Finger M.、Gautheron F.、Horikawa N.、Ishimoto S.、Iwata T.、Kisselev Y.、Koivuniemi J.、Kondo K.、Magnon A.、Mallot G.K.、Matou?ek J.、Matsuda T.、Meyer W.、Miyachi Y.、Nukazuka G.、Pe?ek M.、Pires C.、Quintans C.、Reicherz G.、Runkel St.、Srnka A.、Suzuki H.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 1025 ページ: 166069～166069
  • DOI: 10.1016/j.nima.2021.166069
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] CERN COMPASSの偏極標的 (2021)
  • 著者名/発表者名: 糠塚元気
  • 雑誌名: 原子核研究 巻: 66suppl.1 ページ: 126～136
  • 査読あり
• [学会発表] CERN COMPASS の偏極標的 (2021)
  • 著者名/発表者名: Genki Nukazuka
  • 学会等名: 日本のスピン物理学の展望
  • 招待講演