Исследование спиновых эффектов с поляризованным протонным пучком на У-70

Общая ситуация и проблемы спиновой физики Экспериментальные программы и планы других установок и ускорителей Возможности для У-70 с поляризованным пучком в сравнении с другими установками План

Цели спиновых исследований: Изучение спиновой структуры нуклона -как данное спиновое сотояние нуклона может быть получено из суперпозиции фоковских состояний с различным числом кварков и глюонов (или эффективных степеней свободы) с ненулевым спином. Как динамика взаимодействия составляющих зависит от их спина. Изучение механизма изменения спиральности на адронном уровне и нарушения киральной инвариантости. Исследование крупномасштабной спиновой структуры нуклона. Спин – Пуанкаре инвариантность, структура пространства-времени

Спин протона Сумма спинов кварков – спин протона ++ SU(6) волновая функция барионов 1 / / 2 1 / 2 EMC: первая публикация (1988) 20 – 30 % спина нуклона = Проблема спина нуклона

1/2 L L + f 1 (x) h 1 (x) proton quark u = 1/ 2(u R + u L ) u = 1/ 2(u R - u L ) q(x) 1/2 R R L L - R R g 1 (x) - Структурные функции Партонная модель

Недавние результаты для спиновой структуры нуклона QCD правила сумм: J = ½ +L q =0.15 J g = G+L g =0.35 J q + J g = ½ QCD на решетке: u = 0.62(7), d = -0.29(6), s =-0.12(7) = 0.20(12) Правило сумм для HERMES, SMC, COMPASS Данные указывают на то, что источником отрицательного вклада странных кварков глюоны не являются.

Обобщенные Партонные Распределения Q 2 >>, t>, t

Lq Lq Lq Lq GPD 10-30%(DIS) J q ( H + E) x dx = J q = 1/2 L z

Свойства протона в различных экспериментах Упругое рассеяние Распределение адронной материи в поперечной плоскости DIS Распределение адронной материи в импульсном пространстве DES (GPDs) Полностью коррелированное распределение в координатном и импульсном пространствах

Проблемы изучения структуры нуклона Вклад глюонов в спин нуклона, вклад странных кварков, вклад орбитального момента - широкая программа исследований HERMES, COMPASS, RHIC, JLAB, SLAC. Проблемы в теории: структурные функции не являются партонными распределениями – роль жесткой дифракции

Односпиновые асимметрии Для получения ненулевых SSA должны присутствовать –Амплитуда с изменением спиральности –Разность фаз амплитуд

Односпиновые асимметрии в FNAL Эффект Сиверса (корреляции поперечного импульса и спина партонов в функции распределения) Эффект Коллинза (то же самое, но в функции фрагментации) Вклад высших твистов в сечение взаимодействия партонов Комбинация этих эффектов (эксперимент не позволяет сепарировать вклады этих эффектов)

Поляризация гиперонов в протонном пучке ! Relative sign of polarisation ! x F p T

Проблемы в изучении SSA Коллинеарная факторизация в pQCD-нулевые асимметрии. Учет поперечного импульса партонов, вклада высших твистов- убывающие асимметрии при больших поперечных импульсах как Инклюзивное (неполяризованное) сечение рождения нейтральных пионов не описывается pQCD ниже энергий RHIC Механизм Коллинза исчезает (асимметрия нулевая ) для невзаимодействующих кварков, находящихся на массовой поверхности Основная задача – определение диапазона энергий и поперечных импульсов, где начинается область применимости pQCD Механизм генерации асимметрий и поляризации в непертурбативной области

½ ½ non–flip double flip non–flip double flip single flip наблюдаемые и амплитуды Упругое рассеяние

Упругое рассеяние – фундаментальный тип реакции. Относительное число упругих событий с ростом энергии возрастает При малых t из сохранения углового момента следует В области рассеяния на большие углы – сохранение спиральности в pQCD

Экспериментальные данные

Вклад независимого рассеяния кварков может давать доминирующий вклад и изменить спиновую зависимость амплитуд (изменение спиральности нуклона без измения спиральности кварков)Вклад независимого рассеяния кварков может давать доминирующий вклад и изменить спиновую зависимость амплитуд (изменение спиральности нуклона без измения спиральности кварков) Эффекты больших расстояний в волновой функции нуклонаЭффекты больших расстояний в волновой функции нуклона

Экспериментальные программы и планы других установок и ускорителей Продольно-поляризованные 160 ГэВ мюоны COMPASS (CERN-SPS): Твердая поляризованная (продольно и поперечно) мишень Первые данные (продольная конфигурация спинов) – 2002 и 2003 годы

Фотон-глюонное слияние: 1) Рождение открытого чарма: q = c - D 0, D * (60%) - D + (20%) - D S +, Λ C + (по 10% ) 2) Рождение адронных пар с большим P t q=u,d,s Программа включает также измерение поперечных структурных функций и поляризацию ΔG/G:

HERMES (DESY): продольно поляризованные протоны и дейтроны: поперечно поляризованные протоны: эксклюзивные процессы: окончательные данные для g1 для протона и дейтрона окончательные данные для q первые результаты для эффектов Коллинза и Сиверса текущий анализ поперечных структурных функций текущий анализ поперечных асимметрий DVCS: односпиновые асимметрии (планы) Продольно-поляризованные электроны и позитроны с энергий 27.6 ГэВ Поляризованная внутренняя газовая мишень

JLab сегодня (сверхпроводящий радиочастотный ускоритель электронов) Основная физическая программа –Электромагнитные формфакторы нуклонов (странные вкл.) –Формфакторы электромагнитных переходов N N* –Спиновые структурные функции нуклонов –Формфакторы и структурные функции легких ядер Планы по повышению энергии до 12 GeV Новые возможности Поиск механизма конфайнмента (экзотические мезоны) Изучение партонных распределений посредством: поляризованного и неполяризованного инклюзивного рассеяния, полуинклюзивных структурных функций, эксклюзивные процессы (DVCS, рождение мезонов). Энергия пучка 5.5 ГэВ, поляризация 85 %

Спиновая программа RHIC Ускоренные протонные пучки с высокой поляризацией и светимостью И целый набор других спиновых параметров

= 500 GeV, L int = 800 pb -1, поляризация пучка 70% используя V-A взаимодействие: спиральность и тип кварков фиксированы:

Глюонное комптоновское рассеяние Рождение 2 струй Инклюзивные = 200 GeV, L int = 320 pb -1, поляризация пучка 70% Прямое рождение фотонов

CNI : < -t < 0.02 (GeV/c) 2 s = 200 GeV < -t < 0.13 (GeV/c) 2 s = 500 GeV tot,, B, d /dt, A N (t), A NN (t) ot = 600 barn (~1%), = (4%), A N (t), A NN (t) = Область промежуточных |t| : 0.02 < -t < 1.3 (GeV/c)2 s = 500 GeV Дифракционный минимум, спиновая зависимость PP2PP Физическая программа

Возможности для У-70 Измерение поляризации - гиперонов в инклюзивном рождении с различными конфигурациями спиновых состояний протонов в широкой области поперечных импульсов (до 10 GeV/c). Упругое рассеяние поляризованных протонов на поляризованной протонной мишени и неполяризованной ядерной мишени с A>>1 в области больших переданных импульсов (до –t=10 (GeV/c) ) Продвижение в область больших поперечных импульсов - необходимое условие.

Адронная структура: конституентые кварки Constituent quarks embedded into quark condensate into quark condensate

Изучение роли странных кварков, механизма их рождения и поляризации, определение области применимости pQCD. DIS Асимметрия в рождении -мезонов при больших поперечных импульсах Переход от эффективных степеней свободы (CQs) к кваркам и глюонам

Упругое рассеяние Упругое рассеяние – когерентный процесс, изучение коллективных эффектов в рассеянии, механизмов конфайнмента и нарушения киральной инвариантности в QCD. Изучение области применимости pQCD/ использование тяжелых ядерных мишеней для фильтрации состояний с большими межкварковыми расстояниями. Структура эффективного QCD взаимодействия на больших расстояниях и исследование переходной области. В области больших переданных импульсов имеются данные только при низких энергиях. Пока нет планов по изучению упругого рассеяния при больших t и высоких энергиях.

Спиновые эффекты в рождении гиперонов и упругое рассеяние в широкой области переданных импульсов – эти измерения будут дополнять ( не повторять) программы спиновых исследований на других установках, являясь в то же время актуальными.