Effetti di momento trasverso e spin nella sezione d'urto SIDIS misurata in COMPASS

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1 Effetti di momento trasverso e spin nella sezione d'urto SIDIS misurata in COMPASS Giulio Sbrizzai Trieste University and INFN 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 1

2 COmmon Muon and Proton Apparatus for Structure and Spectroscopy Collaborazione ~ 50 fisici 8 istituti 1 stati esperimento a bersaglio fisso al SPS del CERN 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa

3 COmmon Muon and Proton Apparatus for Structure and Spectroscopy ampio programma di fisica utilizzando sia fasci di muoni sia di pioni luminosita : ~ cm - s -1 intensita` del fascio: m + /spill (4.8s/16.s) momento del fascio: 160 GeV/c fascio di muoni polarizzati longitudinalmente deuterio ( 6 LID) targetta polarizzata protone (NH 3 ) targetta polarizzata H L/T L L/T T L fascio pioni tergette nucleari LH DY 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 3

4 COmmon Muon and Proton Apparatus for Structure and Spectroscopy ampio programma di fisica utilizzando sia fasci di muoni sia di pioni luminosita : ~ cm - s -1 intensita` del fascio: m + /spill (4.8s/16.s) momento del fascio: 160 GeV/c fascio di muoni polarizzati longitudinalmente deuterio ( 6 LID) targetta polarizzata protone (NH 3 ) targetta polarizzata H in uesta presentazione risultati ottenuti con bersaglio polarizzato e fascio di muoni 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 4

5 bersaglio polarizzato (>005) bersaglio a stato solido in modalita` frozen spin polarizzazione fattore di diluizione bersaglio composto da 3 celle con polarizzazione opposta configurazioni: polarizzazione girata ogni settimana minimizza possibili errori sistematici 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 5

6 spettrometro COMPASS (lungo ~50m) alte intensita` di fascio varieta` di rivelatori (GEM, MM, DC, Straw, Silicons, SciFi ) per affrontare diverse intensita` di flusso di particelle grande accettanza angolare due parti indipendenti poste attorno a ciascuno dei magneti SM1, SM RICH PID muwall Calorimetry RICH π, K 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 6

7 SIDIS: processo fondamentale per studiare la struttura del nucleone leptone interagisce con un singolo costituente del nucleone (Q >1GeV /c ) ' Q W ( P ) x Q P variabile di scala di Bjorken y P P LAB E E E ' almeno un adrone viene rivelato nello stato finale (info sul uark colpito dal fotone) z P P P LAB E E E ' 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 7

8 Selezione eventi SIDIS tagli DIS Q > 1 (GeV/c) 0.1 < y < 0.9 W > 5 GeV/c 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 8

9 Selezione eventi SIDIS selezione adroni carici z>0. p t > 0.1 GeV/c vengono misurate le distribuzioni nell angolo azimutale φ degli adroni carici prodotti (e φ S angolo della polarizzazione) angoli azimutali calcolati attorno alla direzione del fotone virtuale nel GNS 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 9

10 La sezione d urto azimutale SIDIS su bersaglio polarizzato nell approssimazione one poton excange polarizzazione del bersaglio 14 modulazioni indipendenti polarizzazione del fascio in φ e φ S possono essere misurate dagli stessi dati 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 10

11 La sezione d urto azimutale SIDIS su bersaglio polarizzato nell approssimazione one poton excange polarizzazione del bersaglio polarizzazione del fascio 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 11

12 La sezione d urto azimutale SIDIS su bersaglio polarizzato v l ampiezza di ciascuna modulazione viene data da una Funzione di Struttura F 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 1

13 pol. nucleone La Funzione di Struttura F F PDF ( x) FF ( z) e` la convoluzione sul momento trasverso del uark di una PDF (funzione di distribuzione partonica) e di una FF (funzione di frammentazione) descrive uark nel nucleone leading twist pol. uark U T L U f 1 1 probabilita` ce un uark formi un adrone non polarizzato se uark non e` polarizzato D 1 se uark e` H 1 FF di Collins trasversalmente polarizzato T f 1T 1, 1T g 1T L 1L g 1L TMD (dipendenti dal momento trasverso) PDFs includono il momento trasverso intrinseco! PDF FF 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 13

14 pol. nucleone La Funzione di Struttura F F PDF ( x) FF ( z) e` la convoluzione sul momento trasverso del uark di una PDF (funzione di distribuzione partonica) e di una FF (funzione di frammentazione) pol. uark densita numerica U T L U f 1 1 PDF collineari (sopravvivono nel caso in cui si integra sui momenti trasversi k ) T f 1T 1, 1T g 1T L 1L g 1L TMD PDF, descrivono la correlazione tra lo spin ed il momento trasverso k sono zero se integrate su k Sivers Trasversita` 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 14

15 Outlook Asimmetrie di spin e di momento trasverso su bersaglio polarizzato trasversalmente rispetto alle linea di fascio effetti di momento trasverso nelle distribuzioni azimutali degli adroni prodotti nel SIDIS non polarizzato (effetto Can, TMD di Boer-Mulders) effetti di momento trasverso nelle molteplicita` degli adroni prodotti nel SIDIS a bersaglio non polarizzato 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 15

16 Outlook Asimmetrie di spin e di momento trasverso su bersaglio polarizzato trasversalmente rispetto alle linea di fascio direzione della polarizzazione fattore cinematico D NN 1 y y 1 y N (, ) S N 0 ( ) 1 fp D T NN A Coll sin( ) S fp T A Siv sin( ) S... polarizzazione (bersaglio) P T fattore di diluizione f angolo di Collins angolo di Sivers ampiezze delle modulazione azimutali estratte facendo un fit alle distribuzioni N (, S ) nei diversi bin di x, z and p T 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 16

17 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 17 T Siv z p D x k f e z p D x k f e A ), ( ), ( ), ( ), ( convoluzione sui momenti trasversi del uark Sivers PDF (time odd - final state interactions) Asimmetrie di Sivers descrive la correlazione tra la polarizzazione trasversa del nucleone ed il momento trasverso intrinseco del uark k

18 Asimmetrie di Sivers adroni carici ( + - ) PLB 717 (01) : segnale positivo ance nella regione a bassi x, precedentemente non esplorata resultati su deuterio (dati ) compatibili con zero 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 18

19 Asimmetrie di Sivers Pions and Kaons identificati dal rivelatore RICH x z p T (GeV/c) asimmetrie K +, segnale piu` grande ce per π + 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 19

20 asimmetrie di Sivers misurate nell intero intervallo di x e per x>0.03 (valori di Q differenti) x>0.03 confrontate con i calcoli basati sull evoluzione delle TMD PDF Aybat, Prokudin, Rogers PRL 108 (01) 4003 Anselmino, Boglione, Melis PRD 86 (01) Sun, Yuan arxiv /9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 0

21 inoltre importante test di QCD (universalita`) f1t ( SIDIS ) f1t ( DY) sovrapposizione regioni cinematice SIDIS - DY estrazione delle asimmetrie di Sivers nella zona cinematica del DY e non solo 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 1

22 asimmetrie di Sivers su +, - (adroni non identificati) verso una estrazione multi-dimensionale delle asimmetrie, per studiare ulteriormente le dipendenze misurate 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa

23 Asimmetrie di Collins Trasversita` (ciral odd non puo` essere misurata nel DIS) differenza tra il numero di uark paralleli ed anti-paralleli rispetto alla polarizzazione transversa del bersaglio PDF collineare: sopravvive all integrazione sui momenti trasversi A Coll e e 1 f 1 ( k ( k, x), x) H D 1 1 ( p ( p, z), z) convolutione sul momento trasverso intrinseco del uark k Collins FF (ciral odd) descrive l adronizzazione di un uark polarizzato trasversalmente 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 3

24 Asimmetrie di Collins pions and kaons estratte in funzione di x, z e p t misurate dati di protone ( ) misure su deuterio compatibili con zero (contributo all estrazione della trasversita` per uark u e d ) x z p T (GeV/c) 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 4

25 La Trasversita` puo` essere misurata ance nella sezione d urto DIS uando adroni vengono prodotti nella regione della current fragmentation prodotti dalla frammentazione del uark interagente col fotone virtuale in uesto caso accoppiata alla - IFF (termine di interferenza della funzione di frammentazione dei due adroni) meccanismo collineare! - IFF e p 1 ( x) H1( z, M ) A e f ( x) D ( z, M ) 1 1 asimmetria data dal prodotto PDF x FF e non dalla convoluzione 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 5

26 l asimmetria e` misurata rispetto all angolo RS = R + S π coppie formate da tuttele combinazioini di adroni carici +,asimmetrie estratte in bin di x, z + +z - e massa invariante della coppia di adroni Asimmetries misurate sia su deuterio (compatibili con zero) sia su protone 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 6

27 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 7 p M z D x f e M z H x e A ), ( ) ( ), ( ) ( Coll z p D x k f e z p H x k e A ), ( ), ( ), ( ), ( asimmetrie due-adroni simili a uelle di Collins ottenute su + PLB 736 (014) 14 indicazioni ce l effetto della convoluzione in k non e` molto importante?

28 Asimmetrie su bersaglio trasversalmente polarizzato oltre Collins e Sivers, altre 6 asimmetrie legate s diverse TMD PDF tutte misurate da COMPASS sia su deuterio ce su protone e trovate compatibili con zero sivers collins pretzelosity worm-gear effetti iger twist 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 8

29 pretzelosity legata all orbitale D della funzione d onda forma non sferica del nucleone worm-gear 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 9

30 effetti di momento trasverso nelle distribuzioni azimutali degli adroni prodotti nel SIDIS non polarizzato (effetto Can, TMD di Boer-Mulders) 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 30

31 distribuzione azimutale degli adroni su bersaglio non polarizzato UU UU N( ) N (1 1Acos cos Acos cos l 3Asin sin ) LU 0 ( 1 1 y) (1 1 y y) (1 y) 1 (1 y) 3 y 1 y 1 (1 y) effetto Can: effetto cinematico proporzionale al momento trasverso inrinseco del uark funzione di Boer-Mulders (T-odd!), una delle piu` famose TMD PDF, appare convoluta con la FF di Collins effetto iger twist proporzionale alla polarizzazione del fascio l d l l sˆ uˆ 1 1 k Q cos la TMD Boer-Mulders correla il momento trasvero del uark conl lo spin del uark in un nucleone non polarizzato non a una ciara interpretazione in termini di PM predizione pqcd cambio di segno B-M TMD misurato in SIDIS ed in Drell-Yan 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 31

32 distribuzione azimutale degli adroni su bersaglio non polarizzato UU UU N( ) N (1 1Acos cos Acos cos l 3Asin sin ) LU 0 ( eventi SIDIS dai dati LiD ) asimmetrie estratte per + and - in bin di x, z e P T : Q > 1 ( GeV/c ) θ γ lab < < x < < y < 0.9 W > 5 GeV/c 0. < z < < P T < 1 GeV/c accettanza calcolata con simulazioni Monte Carlo le distribuzioni azimutali misurate sono corrette per l accettanza azimutale introdotta dall apparato sperimentale UU UU cos A, A, cos LU sin estratte con un fit alle distribuzioni in ottenute A 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 3

33 Risultati in funzione di x, z and P T NPB 886 (014) 1046 sys stat UU A cos forte dipendenza da z, per z > 0.5 forte dipendenza da p T 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 33

34 risultati in funzione di x, z and P T sys stat UU A cos dipendenza da P T difficile da riprodurre (PRD81, Barone,Melis,Prokudin) 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 34

35 per approfondire le interessanti ed inaspettate dipendenze cinematice misurate analisi multi dimensionale bin in x, z and P T NPB 886 (014) /9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 35

36 - + P T UU A cos x forte dipendenza da z piu` evidente a piccoli x e piccoli P T sys stat 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 36

37 - + x UU A cos z la dipendenza in P T e` piu` marcata a grandi z e piccoli x sys stat 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 37

38 effetti di momento trasverso nelle molteplicita` degli adroni prodotti nel SIDIS a bersaglio non polarizzato 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 38

39 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 39 il P T dell adrone rivelato e` dato da momento trasverso intrinseco del uark nel nucelone k e nella frammentazione p T k k p T P T ( leading order e per piccoli valori di P T ) ) ( ) ( k z z P z P T T Molteplicita` degli adroni nel SIDIS in funzione di (P T ) sezione d urto SIDIS / sezione d urto DIS ) ) /(, ( ) ) /(,,, ( ),,, ( 4 Q x Q x N p z Q x p z Q x N dzdp p z Q x n d DIS T T T T / T P T P e

40 Molteplicita` degli adroni nel SIDIS in funzione di (P T ) misurate in 4 dimensioni 3 intervalli di x,q e 8x40 intervalli di z e P T 1 < Q < 10 (GeV/c) < x <0.1 EPJC 73 (013) 531 dn ( x, Q dp T, z, p T ) (P T ) (GeV/c) (P T ) (GeV/c) 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 40

41 z ) P T ( dipendenza da z linea verde: P costante P T ( z) P ( z) z k termine ce puo` essere calcolato con un generatore DIS usando la migiore conoscenza sulla formazione dei jet 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 41

42 P T le caratteristice piu` importanti (per esempio la differenza tra + e -) non sono riprodotte dal Monte Carlo ulteriore lavoro per estrarre k 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 4

43 Conclusioni Lo studio della struttura 3-dimensionale del nucleone e` uno dei piu` importanti nella fisica adronica delle alte energie le informazioni sono contenute nelle funzioni di distribuzione partonica dipendenti dal momento trasverso (TMD PDF) la sezione d urto del SIDIS polarizzato permette di misurare le TMD PDFs COMPASS a dato un contributo importante alla misura delle funzioni di struttura ce sono presenti nella sezione d urto SIDIS polarizzata - le funzioni di Sivers e di Collins sono state misurate con grande precisione analisi multi-dimensionale iniziata - studio dell asimmetria di Collins per adroni carici in relazione a uella per singolo adrone - interessanti dipendenze cinematice misurate nel SIDIS non polarizzato e nelle molteplicita` nuovi ed importanti input per I modelli teorici 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 43

44 outlook - misure piu` precise per il SIDIS non polarizzato usando dati di deuterio del 006 e misure su protone (dati 010) - analisi multi-dimensionale per le asimmetrie su SIDIS polarizzato inoltre (COMPASS-II, ) - informazioni complementari sulle TMD dal Drell-Yan polarizzato Sivers, Boer-Mulders - ulteriori misure SIDIS in parallelo al DVCS su bersaglio di idrogeno liuido effetto Can, Boer-Mulders, molteplicita` 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 44

45 backup 5/9/013 Giulio Sbrizzai congresso SIF Pisa 45