Struttura di spin del nucleone; dalla crisi dello spin alla misura … · 2006-06-21 · Struttura...
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Struttura di spin del nucleone; dalla crisi dello spin alla misura della transversity a JLab Evaristo Cisbani Istituto Superiore di Sanit` a e INFN Roma - gruppo collegato Sanit` a Pomeriggi Tematici Sezione INFN Roma E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 1 / 30
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Struttura di spin del nucleone; dalla crisi dello spin allamisura della transversity a JLab
Evaristo Cisbani
Istituto Superiore di Sanita e INFN Roma - gruppo collegato Sanita
Pomeriggi TematiciSezione INFN Roma
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 1 / 30
Struttura di spin del nucleone; dalla crisi dello spin allamisura della transversity a JLab
Evaristo Cisbani
Istituto Superiore di Sanita e INFN Roma - gruppo collegato Sanita
Pomeriggi TematiciSezione INFN Roma
Funzioni di distribuzione dei quark
Origine dello spin del nucleone
Esperimento HERMES
Transversity a JLab
Polarized Deep Inelastic Scattering
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 1 / 30
Il nucleone
La struttura del nucleone (p / n)
Di cosa si compone il nucleone ?
3 quark di valenza (u, d): determinano iprincipali numeri quantici
Quark del mare (coppie virtuali diquark-antiquark: u, d, s)
Gluoni, i mediatori delle interazioni traquark
In termini di spin JNz ?
12 = 1
2∆Σ +∆G +Lq + LG
∆Σ: quark spin fraction∆G : gluon spin fractionLq + LG : angular momentum
Il nucleone e descritto dafunzioni di struttura,
ovvero nel modello a quark, da funzionidi distribuzione dei quark (e gluoni)
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 2 / 30
Il nucleone
La struttura del nucleone (p / n)
Di cosa si compone il nucleone ?
3 quark di valenza (u, d): determinano iprincipali numeri quantici
Quark del mare (coppie virtuali diquark-antiquark: u, d, s)
Gluoni, i mediatori delle interazioni traquark
In termini di spin JNz ?
12 = 1
2∆Σ +∆G +Lq + LG
∆Σ: quark spin fraction∆G : gluon spin fractionLq + LG : angular momentum
Il nucleone e descritto dafunzioni di struttura,
ovvero nel modello a quark, da funzionidi distribuzione dei quark (e gluoni)
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 2 / 30
Il nucleone
La struttura del nucleone (p / n)
Di cosa si compone il nucleone ?
3 quark di valenza (u, d): determinano iprincipali numeri quantici
Quark del mare (coppie virtuali diquark-antiquark: u, d, s)
Gluoni, i mediatori delle interazioni traquark
In termini di spin JNz ?
12 = 1
2∆Σ +∆G +Lq + LG
∆Σ: quark spin fraction∆G : gluon spin fractionLq + LG : angular momentum
Il nucleone e descritto dafunzioni di struttura,
ovvero nel modello a quark, da funzionidi distribuzione dei quark (e gluoni)
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 2 / 30
Il nucleone
La struttura del nucleone (p / n)
Di cosa si compone il nucleone ?
3 quark di valenza (u, d): determinano iprincipali numeri quantici
Quark del mare (coppie virtuali diquark-antiquark: u, d, s)
Gluoni, i mediatori delle interazioni traquark
In termini di spin JNz ?
12 = 1
2∆Σ +∆G +Lq + LG
∆Σ: quark spin fraction∆G : gluon spin fractionLq + LG : angular momentum
Il nucleone e descritto dafunzioni di struttura,
ovvero nel modello a quark, da funzionidi distribuzione dei quark (e gluoni)
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 2 / 30
Il nucleone
La struttura di spin del nucleone (p / n)
Di cosa si compone il nucleone ?
3 quark di valenza (u, d): determinano iprincipali numeri quantici
Quark del mare (coppie virtuali diquark-antiquark: u, d, s)
Gluoni, i mediatori delle interazioni traquark
In termini di spin JNz ?
12 = 1
2∆Σ
+∆G +Lq + LG
∆Σ: quark spin fraction
∆G : gluon spin fractionLq + LG : angular momentum
Il nucleone e descritto dafunzioni di struttura,
ovvero nel modello a quark, da funzionidi distribuzione dei quark (e gluoni)
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 2 / 30
Il nucleone
La struttura di spin del nucleone (p / n)
Di cosa si compone il nucleone ?
3 quark di valenza (u, d): determinano iprincipali numeri quantici
Quark del mare (coppie virtuali diquark-antiquark: u, d, s)
Gluoni, i mediatori delle interazioni traquark
In termini di spin JNz ?
12 = 1
2∆Σ +∆G
+Lq + LG
∆Σ: quark spin fraction∆G : gluon spin fraction
Lq + LG : angular momentum
Il nucleone e descritto dafunzioni di struttura,
ovvero nel modello a quark, da funzionidi distribuzione dei quark (e gluoni)
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 2 / 30
Il nucleone
La struttura di spin del nucleone (p / n)
Di cosa si compone il nucleone ?
3 quark di valenza (u, d): determinano iprincipali numeri quantici
Quark del mare (coppie virtuali diquark-antiquark: u, d, s)
Gluoni, i mediatori delle interazioni traquark
In termini di spin JNz ?
12 = 1
2∆Σ +∆G +Lq + LG
∆Σ: quark spin fraction∆G : gluon spin fractionLq + LG : angular momentum
Il nucleone e descritto dafunzioni di struttura,
ovvero nel modello a quark, da funzionidi distribuzione dei quark (e gluoni)
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 2 / 30
Il nucleone
La struttura di spin del nucleone (p / n)
Di cosa si compone il nucleone ?
3 quark di valenza (u, d): determinano iprincipali numeri quantici
Quark del mare (coppie virtuali diquark-antiquark: u, d, s)
Gluoni, i mediatori delle interazioni traquark
In termini di spin JNz ?
12 = 1
2∆Σ +∆G +Lq + LG
∆Σ: quark spin fraction∆G : gluon spin fractionLq + LG : angular momentum
Il nucleone e descritto dafunzioni di struttura,
ovvero nel modello a quark, da funzionidi distribuzione dei quark (e gluoni)
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Polarized DIS
(Polarized) Deep Inelastic Scattering
(E,~k) Lµν
(EN , ~p)
(EX, ~pX)
(ν, ~q)
(E ′, ~k′)
(Eh, ~ph)
Wµν
Variabili cinematiche
Q2 = −(ν,~q)2
M2
νlab= E − E ′
M
x = Q2/(2Mν)
finito
z = Eh/ν
scale lepton probe strong interaction
space ~/|~q| ∼ 10−2 fm RN ∼ 1 fm
time ~/ν ∼ 10−25 s RN/c ∼ 10−24 s
Terminologia
Processo Inclusivo: solo il leptone diffuso viene rivelato
Processo Semi-Inclusivo: leptone e almeno un adrone rivelati nello stato
finale
Processo Esclusivo: tutte le particelle dello stato finale rivelate
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Polarized DIS
(Polarized) Deep Inelastic Scattering
(E,~k) Lµν
(EN , ~p)
(EX, ~pX)
(ν, ~q)
(E ′, ~k′)
(Eh, ~ph)
Wµν
Variabili cinematiche
Q2 = −(ν,~q)2
M2
νlab= E − E ′
M
x = Q2/(2Mν)
finito
z = Eh/ν
scale lepton probe strong interaction
space ~/|~q| ∼ 10−2 fm RN ∼ 1 fm
time ~/ν ∼ 10−25 s RN/c ∼ 10−24 s
Sezione d’urto: σ ∼ LµνWµν
Lµν tensore leptonico, QED pura → calcolabile
Wµν tensore adronico, richiede una parametrizzazione in termini di funzionidi struttura
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Polarized DIS
(Polarized) Deep Inelastic Scattering
(E,~k) Lµν
(EN , ~p)
(EX, ~pX)
(ν, ~q)
(E ′, ~k′)
(Eh, ~ph)
Wµν
Variabili cinematiche Regione DIS
Q2 = −(ν,~q)2 M2
νlab= E − E ′ M
x = Q2/(2Mν) finitoz = Eh/ν
scale lepton probe strong interaction
space ~/|~q| ∼ 10−2 fm RN ∼ 1 fm
time ~/ν ∼ 10−25 s RN/c ∼ 10−24 s
Sezione d’urto: σ ∼ LµνWµν
Lµν tensore leptonico, QED pura → calcolabile
Wµν tensore adronico, richiede una parametrizzazione in termini di funzionidi struttura
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 3 / 30
Polarized DIS
(Polarized) Deep Inelastic Scattering
(E,~k) Lµν
(EN , ~p)
(EX, ~pX)
(ν, ~q)
(E ′, ~k′)
(Eh, ~ph)
Wµν
Variabili cinematiche Regione DIS
Q2 = −(ν,~q)2 M2
νlab= E − E ′ M
x = Q2/(2Mν) finitoz = Eh/νscale lepton probe strong interaction
space ~/|~q| ∼ 10−2 fm RN ∼ 1 fm
time ~/ν ∼ 10−25 s RN/c ∼ 10−24 s
Sezione d’urto: σ ∼ LµνWµν
Lµν tensore leptonico, QED pura → calcolabile
Wµν tensore adronico, richiede una parametrizzazione in termini di funzionidi struttura
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 3 / 30
Polarized DIS
(Polarized) Deep Inelastic Scattering
(E,~k) Lµν
(EN , ~p)
(EX , ~pX)
(ν, ~q)
(E ′, ~k′)
(Eh, ~ph)
Variabili cinematiche Regione DIS
Q2 = −(ν,~q)2 M2
νlab= E − E ′ M
x = Q2/(2Mν) finitoz = Eh/νscale lepton probe strong interaction
space ~/|~q| ∼ 10−2 fm RN ∼ 1 fm
time ~/ν ∼ 10−25 s RN/c ∼ 10−24 s
Quark-Parton Model
virtual photon probes point-like nucleon constituents (partons/quarks)
x is the (longitudinal) momentum fraction of the parton (Breit frame)
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Polarized DIS
(Polarized) Deep Inelastic Scattering
(E,~k)
(ν, ~q)
(Eh, ~ph)
x~p
(E ′, ~k′)
σγq
(EX , ~pX)
(EN , ~p)
DF
FF
Variabili cinematiche Regione DIS
Q2 = −(ν,~q)2 M2
νlab= E − E ′ M
x = Q2/(2Mν) finitoz = Eh/νscale lepton probe strong interaction
space ~/|~q| ∼ 10−2 fm RN ∼ 1 fm
time ~/ν ∼ 10−25 s RN/c ∼ 10−24 s
Factorization Theorem
σ(lN → lhX ) ∼∑
q e2q · DFq(x) ⊗ σlq ⊗ FFq→h(z)
DFq: quark distribution function
FFq→h: quark fragmentation function (solo per h rivelato)
Natura universale: intervengono anche in altri processi
Osservabili: debbono essere invarianti di gaugeE. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 3 / 30
q(x), Unpolarized DF
Unpolarized Distribution Function
Nucleon
Quark 0 L T
0 q(x)
f ⊥1T (x , k⊥)
L ∆q(x)
g1T (x , k⊥)
T
h⊥1 (x , k⊥) h⊥1L(x , k⊥)
δq(x)
h⊥1T (x , k⊥)
Densita di probabilita di trovare il quark q con frazione di momento x nelnucleoneFunzione di struttura: F2(x) =
∑q e2
qxq(x)
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 4 / 30
q(x), Unpolarized DF
Unpolarized Structure Function
F2(x) si misura nel DIS inclusivo,non polarizzato
l + N → l ′ + XAmpia sistematica disponibile daHERA
F2 e stata ampiamente misurata
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 5 / 30
q(x), Unpolarized DF
Unpolarized Structure Function
F2(x) si misura nel DIS inclusivo,non polarizzato
l + N → l ′ + XAmpia sistematica disponibile daHERA
Le DF dipendono anche da Q2
F2 e stata ampiamente misurata
HERA F2
0
1
2
3
4
5
1 10 102
103
104
105
F2 em
-log
10(x
)
Q2(GeV2)
ZEUS NLO QCD fit
H1 PDF 2000 fit
H1 94-00
H1 (prel.) 99/00
ZEUS 96/97
BCDMS
E665
NMC
x=6.32E-5 x=0.000102x=0.000161
x=0.000253
x=0.0004x=0.0005
x=0.000632x=0.0008
x=0.0013
x=0.0021
x=0.0032
x=0.005
x=0.008
x=0.013
x=0.021
x=0.032
x=0.05
x=0.08
x=0.13
x=0.18
x=0.25
x=0.4
x=0.65
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 5 / 30
q(x), Unpolarized DF
Unpolarized Structure Function
F2(x) si misura nel DIS inclusivo,non polarizzato
l + N → l ′ + XAmpia sistematica disponibile daHERA
Le DF dipendono anche da Q2
F2 e stata ampiamente misurata
HERA F2
0
1
2 Q2=2.7 GeV2 3.5 GeV2 4.5 GeV2 6.5 GeV2
0
1
2 8.5 GeV2 10 GeV2 12 GeV2 15 GeV2
0
1
2 18 GeV2
F2 em
22 GeV2 27 GeV2 35 GeV2
0
1
2 45 GeV2 60 GeV2
10-3
1
70 GeV2
10-3
1
90 GeV2
0
1
2
10-3
1
120 GeV2
10-3
1
150 GeV2
x
ZEUS NLO QCD fit
H1 PDF 2000 fit
H1 96/97ZEUS 96/97
BCDMSE665NMC
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 5 / 30
∆q(x), Helicity DF
Helicity Distribution Function
Nucleon
Quark 0 L T
0 q(x)
f ⊥1T (x , k⊥)
L ∆q(x)
g1T (x , k⊥)
T
h⊥1 (x , k⊥) h⊥1L(x , k⊥)
δq(x)
h⊥1T (x , k⊥)
Differenza di densita di probabilita di trovare il quark q (frazione momento x) con
elicita parallela/antiparallela a quella del nucleone ∆q(x) = q→(x)− q←(x)
Funzione di struttura: g1(x) = 12
∑q e2
q∆q(x)
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 6 / 30
∆q(x), Helicity DF Spin Crisis
g1(x) e la crisi dello spin del protone
g1(x) si misura nel DIS inclusivo longitudinalmente polarizzato:l↑↓ + N↑↓ → l ′ + X
attraverso l’asimmetria di elicita A‖:
g1(x) ∼ A‖ =σ(l↑N↓)− σ(l↑N↑)
σ(l↑N↓) + σ(l↑N↑)
Misure di gp1 (x) da parte di EMC @ CERN negli anni 80
+ precedenti risultati di SLAC
+ fundamental QCD Sum rule (Bjorken)
+ isospin and flavor symmetry
⇒ ∆Σ =∑
q
∫ 10 ∆q(x)dx ∼ 0.2
una piccola frazione dello spin e dovuta ai quark
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 7 / 30
∆q(x), Helicity DF Spin Crisis
g1(x) e la crisi dello spin del protone
g1(x) si misura nel DIS inclusivo longitudinalmente polarizzato:l↑↓ + N↑↓ → l ′ + X
attraverso l’asimmetria di elicita A‖:
g1(x) ∼ A‖ =σ(l↑N↓)− σ(l↑N↑)
σ(l↑N↓) + σ(l↑N↑)
Misure di gp1 (x) da parte di EMC @ CERN negli anni 80
+ precedenti risultati di SLAC
+ fundamental QCD Sum rule (Bjorken)
+ isospin and flavor symmetry
⇒ ∆Σ =∑
q
∫ 10 ∆q(x)dx ∼ 0.2
una piccola frazione dello spin e dovuta ai quark
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 7 / 30
∆q(x), Helicity DF Spin Crisis
g1(x) e la crisi dello spin del protone
g1(x) si misura nel DIS inclusivo longitudinalmente polarizzato:l↑↓ + N↑↓ → l ′ + X
attraverso l’asimmetria di elicita A‖:
g1(x) ∼ A‖ =σ(l↑N↓)− σ(l↑N↑)
σ(l↑N↓) + σ(l↑N↑)
Misure di gp1 (x) da parte di EMC @ CERN negli anni 80
+ precedenti risultati di SLAC
+ fundamental QCD Sum rule (Bjorken)
+ isospin and flavor symmetry
⇒ ∆Σ =∑
q
∫ 10 ∆q(x)dx ∼ 0.2
una piccola frazione dello spin e dovuta ai quark
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 7 / 30
∆q(x), Helicity DF Spin Crisis
g1(x) e la crisi dello spin del protone
g1(x) si misura nel DIS inclusivo longitudinalmente polarizzato:l↑↓ + N↑↓ → l ′ + X
attraverso l’asimmetria di elicita A‖:
g1(x) ∼ A‖ =σ(l↑N↓)− σ(l↑N↑)
σ(l↑N↓) + σ(l↑N↑)
Misure di gp1 (x) da parte di EMC @ CERN negli anni 80
+ precedenti risultati di SLAC
+ fundamental QCD Sum rule (Bjorken)
+ isospin and flavor symmetry
⇒ ∆Σ =∑
q
∫ 10 ∆q(x)dx ∼ 0.2
una piccola frazione dello spin e dovuta ai quark
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 7 / 30
∆q(x), Helicity DF Spin Crisis
g1(x) e la crisi dello spin del protone
g1(x) si misura nel DIS inclusivo longitudinalmente polarizzato:l↑↓ + N↑↓ → l ′ + X
attraverso l’asimmetria di elicita A‖:
g1(x) ∼ A‖ =σ(l↑N↓)− σ(l↑N↑)
σ(l↑N↓) + σ(l↑N↑)
Misure di gp1 (x) da parte di EMC @ CERN negli anni 80
+ precedenti risultati di SLAC
+ fundamental QCD Sum rule (Bjorken)
+ isospin and flavor symmetry
⇒ ∆Σ =∑
q
∫ 10 ∆q(x)dx ∼ 0.2
una piccola frazione dello spin e dovuta ai quark
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 7 / 30
∆q(x), Helicity DF Spin Crisis
g1(x) e la crisi dello spin del protone
g1(x) si misura nel DIS inclusivo longitudinalmente polarizzato:l↑↓ + N↑↓ → l ′ + X
attraverso l’asimmetria di elicita A‖:
g1(x) ∼ A‖ =σ(l↑N↓)− σ(l↑N↑)
σ(l↑N↓) + σ(l↑N↑)
Misure di gp1 (x) da parte di EMC @ CERN negli anni 80
+ precedenti risultati di SLAC
+ fundamental QCD Sum rule (Bjorken)
+ isospin and flavor symmetry
⇒ ∆Σ =∑
q
∫ 10 ∆q(x)dx ∼ 0.2
una piccola frazione dello spin e dovuta ai quark
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 7 / 30
∆q(x), Helicity DF Spin Crisis
g1(x) e la crisi dello spin del protone
g1(x) si misura nel DIS inclusivo longitudinalmente polarizzato:l↑↓ + N↑↓ → l ′ + X
attraverso l’asimmetria di elicita A‖:
g1(x) ∼ A‖ =σ(l↑N↓)− σ(l↑N↑)
σ(l↑N↓) + σ(l↑N↑)
Misure di gp1 (x) da parte di EMC @ CERN negli anni 80
+ precedenti risultati di SLAC
+ fundamental QCD Sum rule (Bjorken)
+ isospin and flavor symmetry
⇒ ∆Σ =∑
q
∫ 10 ∆q(x)dx ∼ 0.2
una piccola frazione dello spin e dovuta ai quark
12 = 1
2∆Σ +∆G + Lq + LG
Gran parte del contributo nei termini rimanenti
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 7 / 30
∆q(x), Helicity DF HERMES
L’esperimento HERMES ad HERA-DESY/Amburgo
Collaborazione di ∼ 180 fisici, 33 Istituti, 12 Nazioni
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 8 / 30
∆q(x), Helicity DF HERMES
L’esperimento HERMES ad HERA-DESY/Amburgo
Anello HERA (e±, p), Ee = 27.5GeV , Ie ∼ 40mA, Pmaxe ∼ 60%
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 8 / 30
∆q(x), Helicity DF HERMES
L’esperimento HERMES ad HERA-DESY/Amburgo
Bersagli gassosi puri (polarizzazione ∼ 99%):I polar. Longitudinale: 3He,D, H; Lumi ∼ 1033/s/cm2
I polar. Trasversa: H; Lumi ∼ 1033/s/cm2
I non polarizzati: H, D, He, N, Ne, Kr; Lumi ∼ 1035/s/cm2
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 8 / 30
∆q(x), Helicity DF HERMES
L’esperimento HERMES ad HERA-DESY/Amburgo
Bersagli gassosi puri (polarizzazione ∼ 99%):I polar. Longitudinale: 3He,D, H; Lumi ∼ 1033/s/cm2
I polar. Trasversa: H; Lumi ∼ 1033/s/cm2
I non polarizzati: H, D, He, N, Ne, Kr; Lumi ∼ 1035/s/cm2
Spettrometro in avanti ad ampia accettanza e PID completo
1
0
2
−1
−2
m
LUMINOSITY
CHAMBERSDRIFT
FC 1/2
TARGETCELL
DVC
MC 1−3
HODOSCOPE H0
MONITOR
BC 1/2
BC 3/4 TRD
PROP.CHAMBERS
FIELD CLAMPS
PRESHOWER (H2)
STEEL PLATE CALORIMETER
DRIFT CHAMBERS
TRIGGER HODOSCOPE H1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
RICH270 mrad
270 mrad
MUON HODOSCOPEWIDE ANGLE
FRONTMUONHODO
MAGNET
m
IRON WALL
e+
27.5 GeV
140 mrad
170 mrad
170 mrad
140 mrad
MUON HODOSCOPES
SILICON
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 8 / 30
∆q(x), Helicity DF HERMES
L’esperimento HERMES ad HERA-DESY/Amburgo
Bersagli gassosi puri (polarizzazione ∼ 99%):I polar. Longitudinale: 3He,D, H; Lumi ∼ 1033/s/cm2
I polar. Trasversa: H; Lumi ∼ 1033/s/cm2
I non polarizzati: H, D, He, N, Ne, Kr; Lumi ∼ 1035/s/cm2
Spettrometro in avanti ad ampia accettanza e PID completo
Regione DIS accessibile: 0.004 < x < 0.9, 0.2 < Q2 < 15 GeV2
1
0
2
−1
−2
m
LUMINOSITY
CHAMBERSDRIFT
FC 1/2
TARGETCELL
DVC
MC 1−3
HODOSCOPE H0
MONITOR
BC 1/2
BC 3/4 TRD
PROP.CHAMBERS
FIELD CLAMPS
PRESHOWER (H2)
STEEL PLATE CALORIMETER
DRIFT CHAMBERS
TRIGGER HODOSCOPE H1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
RICH270 mrad
270 mrad
MUON HODOSCOPEWIDE ANGLE
FRONTMUONHODO
MAGNET
m
IRON WALL
e+
27.5 GeV
140 mrad
170 mrad
170 mrad
140 mrad
MUON HODOSCOPES
SILICON
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 8 / 30
∆q(x), Helicity DF HERMES
L’esperimento HERMES ad HERA-DESY/Amburgo
Bersagli gassosi puri (polarizzazione ∼ 99%):I polar. Longitudinale: 3He,D, H; Lumi ∼ 1033/s/cm2
I polar. Trasversa: H; Lumi ∼ 1033/s/cm2
I non polarizzati: H, D, He, N, Ne, Kr; Lumi ∼ 1035/s/cm2
Spettrometro in avanti ad ampia accettanza e PID completo
Regione DIS accessibile: 0.004 < x < 0.9, 0.2 < Q2 < 15 GeV2
Reazioni inclusive, semi-inclusive ed esclusive
1
0
2
−1
−2
m
LUMINOSITY
CHAMBERSDRIFT
FC 1/2
TARGETCELL
DVC
MC 1−3
HODOSCOPE H0
MONITOR
BC 1/2
BC 3/4 TRD
PROP.CHAMBERS
FIELD CLAMPS
PRESHOWER (H2)
STEEL PLATE CALORIMETER
DRIFT CHAMBERS
TRIGGER HODOSCOPE H1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
RICH270 mrad
270 mrad
MUON HODOSCOPEWIDE ANGLE
FRONTMUONHODO
MAGNET
m
IRON WALL
e+
27.5 GeV
140 mrad
170 mrad
170 mrad
140 mrad
MUON HODOSCOPES
SILICON
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 8 / 30
∆q(x), Helicity DF HERMES
Helicity Structure Function g1(x)
Misure sistematiche ad HERMESdal 1995 al 2000
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 9 / 30
∆q(x), Helicity DF HERMES
Helicity Structure Function g1(x)
Misure sistematiche ad HERMESdal 1995 al 2000
0
2
4
6
8
10
10-1
1 10 102
E143
Q2, GeV2
HERMES
E155
EMCSMC
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 9 / 30
∆q(x), Helicity DF HERMES
Helicity Structure Function g1(x)
Misure sistematiche ad HERMESdal 1995 al 2000
g1 e stata discretamentemisurata
0
0.02
0.04
0.06
0
0.02
0.04
-0.04
-0.02
0
0.02
10-4
10-3
10-2
10-1
xg1
HERMESSMCE155E143
proton
COMPASS
deuteron
E142E154JLAB
neutron (3He)
x
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 9 / 30
∆q(x), Helicity DF ∆Σ, quark spin contribution
Misura delle helicity DF
Le ∆q(x) possono essere misuratedirettamente attraverso processi DISsemi-inclusivi e polarizzati:
e↑↓ + N↑↓ → e ′ + h + X
0
0.2
x⋅∆u
-0.2
0x⋅∆d
-0.1
0
GRSV 2000LO val
BB 01 LOx⋅∆u
–
Q2=2.5GeV2
-0.1
0
x⋅∆d–
-0.1
0
x⋅∆s
0.03 0.1 0.6
x
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 10 / 30
∆q(x), Helicity DF ∆Σ, quark spin contribution
Misura delle helicity DF
Le ∆q(x) possono essere misuratedirettamente attraverso processi DISsemi-inclusivi e polarizzati:
e↑↓ + N↑↓ → e ′ + h + X
- Contributi del mare e dei quarkstrani trascurabili
- Flavor symmetry confermata
∆u 0.74÷ 0.86∆d −0.4÷−0.46
∆sea −0.04÷−0.09
Valore di ∆Σ = ∆u + ∆d + ∆sea
sostanzialmente confermato
0
0.2
x⋅∆u
-0.2
0x⋅∆d
-0.1
0
GRSV 2000LO val
BB 01 LOx⋅∆u
–
Q2=2.5GeV2
-0.1
0
x⋅∆d–
-0.1
0
x⋅∆s
0.03 0.1 0.6
x
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 10 / 30
∆q(x), Helicity DF ∆G , spin gluon contribution
Contributo dei gluoni ∆G/G
g
γ∗
q
q
X
N
l
l′ Quark e antiquark prodotti back-to-back (centro dimassa γ − g)Stato finale:
particelle charmate (bassa statistica, bassofondo)
due jet con alto momento trasferito (pT )rispetto alla direzione del fotone virtuale (altastatistica e fondo)
SMC/HERMES/COMPASS High pT
A‖ ∼ a · ∆G
G+ Abck
Model dependent
ref: E.S. Ageev hep-ex/0511028
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 11 / 30
∆q(x), Helicity DF ∆G , spin gluon contribution
Contributo dei gluoni ∆G/G
g
γ∗
q
q
X
N
l
l′ Quark e antiquark prodotti back-to-back (centro dimassa γ − g)Stato finale:
particelle charmate (bassa statistica, bassofondo)
due jet con alto momento trasferito (pT )rispetto alla direzione del fotone virtuale (altastatistica e fondo)
SMC/HERMES/COMPASS High pT
A‖ ∼ a · ∆G
G+ Abck
Model dependent
ref: E.S. Ageev hep-ex/0511028
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 11 / 30
∆q(x), Helicity DF ∆G , spin gluon contribution
Contributo dei gluoni ∆G/G
g
γ∗
q
q
X
N
l
l′ Quark e antiquark prodotti back-to-back (centro dimassa γ − g)Stato finale:
particelle charmate (bassa statistica, bassofondo)
due jet con alto momento trasferito (pT )rispetto alla direzione del fotone virtuale (altastatistica e fondo)
SMC/HERMES/COMPASS High pT
A‖ ∼ a · ∆G
G+ Abck
Model dependent
ref: E.S. Ageev hep-ex/0511028
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 11 / 30
∆q(x), Helicity DF Lq + Lg , orbital momentum contribution
Lq + Lg ? Momento angolare quark e gluoni
Non esiste una misura diretta
Descrizione dei differentiprocessi attraverso ledistribuzioni dei partonigeneralizzate (GPD)
Alcune GPD sono legate almomento angolare totale deiquark Jq = 1
2∆Σ + Lq
HERMES ha avviato una serie di misure delle GPD con il nuovo ‘RecoilDetector’ che permette l’osservazione di reazioni esclusive
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 12 / 30
∆q(x), Helicity DF Lq + Lg , orbital momentum contribution
Lq + Lg ? Momento angolare quark e gluoni
Non esiste una misura diretta
Descrizione dei differentiprocessi attraverso ledistribuzioni dei partonigeneralizzate (GPD)
Alcune GPD sono legate almomento angolare totale deiquark Jq = 1
2∆Σ + Lq
HERMES ha avviato una serie di misure delle GPD con il nuovo ‘RecoilDetector’ che permette l’osservazione di reazioni esclusive
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 12 / 30
∆q(x), Helicity DF Lq + Lg , orbital momentum contribution
Lq + Lg ? Momento angolare quark e gluoni
Non esiste una misura diretta
Descrizione dei differentiprocessi attraverso ledistribuzioni dei partonigeneralizzate (GPD)
Alcune GPD sono legate almomento angolare totale deiquark Jq = 1
2∆Σ + Lq
HERMES ha avviato una serie di misure delle GPD con il nuovo ‘RecoilDetector’ che permette l’osservazione di reazioni esclusive
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 12 / 30
δq(x), Transversity DF
Transversity Distribution Function
Nucleon
Quark 0 L T
0 q(x)
f ⊥1T (x , k⊥)
L ∆q(x)
g1T (x , k⊥)
T
h⊥1 (x , k⊥) h⊥1L(x , k⊥)
δq(x)
h⊥1T (x , k⊥)
Differenza della densita di probabilita di trovare il quark q (frazione momento x)
polarizzato parallelamente/antiparallelamente alla polarizzazione trasversa del
nucleone; h1q(x) ≡ δq(x) δq(x) = q↑(x)− q↓(x)
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 13 / 30
δq(x), Transversity DF
L’importanza della transversity
Introdotta by Ralston and Soper, Nucl. Phys. B152 (1979) 109-124
Teoria ed esperimenti attivi sulla transversity da pochi anni
Nel limite non relativistico: δq(x) = ∆q(x): traslazione e rotazionecommutano ⇒ Informazioni sulla natura relativistica dei partoni
No gluon mixing (non-singlet DF) nell’evoluzione in Q2 ⇒ strumento ditest della QCD
Chiral - odd ( richiede helicity flip ) ⇒ non e accessibile nel DIS inclusivo
δΣ ≡∑
q
∫ 1
0δq(x)dx atteso essere vicino al valore naive di ∆Σ (pre-crisi
spin)
Terza e ultima delle DF di prima approssimazione (twist-2), nondipendendenti dal momento trasverso del quark
Nonostante le notevoli proprieta,
δq(x) non ancora misurati
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 14 / 30
δq(x), Transversity DF
L’importanza della transversity
Introdotta by Ralston and Soper, Nucl. Phys. B152 (1979) 109-124
Teoria ed esperimenti attivi sulla transversity da pochi anni
Nel limite non relativistico: δq(x) = ∆q(x): traslazione e rotazionecommutano ⇒ Informazioni sulla natura relativistica dei partoni
No gluon mixing (non-singlet DF) nell’evoluzione in Q2 ⇒ strumento ditest della QCD
Chiral - odd ( richiede helicity flip ) ⇒ non e accessibile nel DIS inclusivo
δΣ ≡∑
q
∫ 1
0δq(x)dx atteso essere vicino al valore naive di ∆Σ (pre-crisi
spin)
Terza e ultima delle DF di prima approssimazione (twist-2), nondipendendenti dal momento trasverso del quark
Nonostante le notevoli proprieta,
δq(x) non ancora misurati
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 14 / 30
δq(x), Transversity DF
L’importanza della transversity
Introdotta by Ralston and Soper, Nucl. Phys. B152 (1979) 109-124
Teoria ed esperimenti attivi sulla transversity da pochi anni
Nel limite non relativistico: δq(x) = ∆q(x): traslazione e rotazionecommutano ⇒ Informazioni sulla natura relativistica dei partoni
No gluon mixing (non-singlet DF) nell’evoluzione in Q2 ⇒ strumento ditest della QCD
Chiral - odd ( richiede helicity flip ) ⇒ non e accessibile nel DIS inclusivo
δΣ ≡∑
q
∫ 1
0δq(x)dx atteso essere vicino al valore naive di ∆Σ (pre-crisi
spin)
Terza e ultima delle DF di prima approssimazione (twist-2), nondipendendenti dal momento trasverso del quark
Nonostante le notevoli proprieta,
δq(x) non ancora misurati
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 14 / 30
δq(x), Transversity DF
L’importanza della transversity
Introdotta by Ralston and Soper, Nucl. Phys. B152 (1979) 109-124
Teoria ed esperimenti attivi sulla transversity da pochi anni
Nel limite non relativistico: δq(x) = ∆q(x): traslazione e rotazionecommutano ⇒ Informazioni sulla natura relativistica dei partoni
No gluon mixing (non-singlet DF) nell’evoluzione in Q2 ⇒ strumento ditest della QCD
Chiral - odd ( richiede helicity flip ) ⇒ non e accessibile nel DIS inclusivo
δΣ ≡∑
q
∫ 1
0δq(x)dx atteso essere vicino al valore naive di ∆Σ (pre-crisi
spin)
Terza e ultima delle DF di prima approssimazione (twist-2), nondipendendenti dal momento trasverso del quark
Nonostante le notevoli proprieta,
δq(x) non ancora misurati
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 14 / 30
δq(x), Transversity DF
L’importanza della transversity
Introdotta by Ralston and Soper, Nucl. Phys. B152 (1979) 109-124
Teoria ed esperimenti attivi sulla transversity da pochi anni
Nel limite non relativistico: δq(x) = ∆q(x): traslazione e rotazionecommutano ⇒ Informazioni sulla natura relativistica dei partoni
No gluon mixing (non-singlet DF) nell’evoluzione in Q2 ⇒ strumento ditest della QCD
Chiral - odd ( richiede helicity flip ) ⇒ non e accessibile nel DIS inclusivo
δΣ ≡∑
q
∫ 1
0δq(x)dx atteso essere vicino al valore naive di ∆Σ (pre-crisi
spin)
Terza e ultima delle DF di prima approssimazione (twist-2), nondipendendenti dal momento trasverso del quark
Nonostante le notevoli proprieta,
δq(x) non ancora misurati
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 14 / 30
δq(x), Transversity DF
L’importanza della transversity
Introdotta by Ralston and Soper, Nucl. Phys. B152 (1979) 109-124
Teoria ed esperimenti attivi sulla transversity da pochi anni
Nel limite non relativistico: δq(x) = ∆q(x): traslazione e rotazionecommutano ⇒ Informazioni sulla natura relativistica dei partoni
No gluon mixing (non-singlet DF) nell’evoluzione in Q2 ⇒ strumento ditest della QCD
Chiral - odd ( richiede helicity flip ) ⇒ non e accessibile nel DIS inclusivo
δΣ ≡∑
q
∫ 1
0δq(x)dx atteso essere vicino al valore naive di ∆Σ (pre-crisi
spin)
Terza e ultima delle DF di prima approssimazione (twist-2), nondipendendenti dal momento trasverso del quark
Nonostante le notevoli proprieta,
δq(x) non ancora misurati
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 14 / 30
δq(x), Transversity DF
L’importanza della transversity
Introdotta by Ralston and Soper, Nucl. Phys. B152 (1979) 109-124
Teoria ed esperimenti attivi sulla transversity da pochi anni
Nel limite non relativistico: δq(x) = ∆q(x): traslazione e rotazionecommutano ⇒ Informazioni sulla natura relativistica dei partoni
No gluon mixing (non-singlet DF) nell’evoluzione in Q2 ⇒ strumento ditest della QCD
Chiral - odd ( richiede helicity flip ) ⇒ non e accessibile nel DIS inclusivo
δΣ ≡∑
q
∫ 1
0δq(x)dx atteso essere vicino al valore naive di ∆Σ (pre-crisi
spin)
Terza e ultima delle DF di prima approssimazione (twist-2), nondipendendenti dal momento trasverso del quark
Nonostante le notevoli proprieta,
δq(x) non ancora misurati
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 14 / 30
δq(x), Transversity DF Sivers DF
k⊥ Dependent Quark Distribution Function
Momento trasverso dei quark k⊥ 6= 0 ⇒ 5 DF addizionali
Nucleon
Quark 0 L T
0 q(x) f ⊥1T (x , k⊥)
L ∆q(x) g1T (x , k⊥)
T h⊥1 (x , k⊥) h⊥1L(x , k⊥) δq(x) h⊥1T (x , k⊥)
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 15 / 30
δq(x), Transversity DF Sivers DF
k⊥ Dependent Quark Distribution Function
Momento trasverso dei quark k⊥ 6= 0 ⇒ 5 DF addizionali
Nucleon
Quark 0 L T
0 q(x) f ⊥1T (x , k⊥)
L ∆q(x) g1T (x , k⊥)
T h⊥1 (x , k⊥) h⊥1L(x , k⊥) δq(x) h⊥1T (x , k⊥)
f ⊥1T (x , k⊥): la DF di Sivers
se f ⊥1T 6= 0 → Lq 6= 0 !
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 16 / 30
δq(x), Transversity DF Sivers DF
k⊥ Dependent Quark Distribution Function
Momento trasverso dei quark k⊥ 6= 0 ⇒ 5 DF addizionali
Nucleon
Quark 0 L T
0 q(x) f ⊥1T (x , k⊥)
L ∆q(x) g1T (x , k⊥)
T h⊥1 (x , k⊥) h⊥1L(x , k⊥) δq(x) h⊥1T (x , k⊥)
f ⊥1T (x , k⊥): la DF di Sivers se f ⊥1T 6= 0 → Lq 6= 0 !
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 16 / 30
δq(x), Transversity DF FF
Fragmentation Functions (FF)
FFs controparte delle DFs, quando gli adroni generati dai quark vengono rivelati
Nucleon
Quark 0 L T
0 D1(z) D⊥1T (z ,K⊥)
L G1(z) G1T (z ,K⊥)
T H⊥1 (z ,K⊥) H⊥
1L(z ,K⊥) H1(z), H⊥1T (z ,K⊥) Chiral-odd
~K⊥ transverse hadron momentum relative to the fragmenting quark (∼ Ph⊥ when k⊥ ∼ 0)
H⊥1 (z ,K⊥): Collins FF, da quark polarizzato trasverso ad adrone non
polarizzato, in convoluzione con la transversity DF
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 17 / 30
δq(x), Transversity DF FF
Fragmentation Functions (FF)
FFs controparte delle DFs, quando gli adroni generati dai quark vengono rivelati
Nucleon
Quark 0 L T
0 D1(z) D⊥1T (z ,K⊥)
L G1(z) G1T (z ,K⊥)
T H⊥1 (z ,K⊥) H⊥
1L(z ,K⊥) H1(z), H⊥1T (z ,K⊥) Chiral-odd
~K⊥ transverse hadron momentum relative to the fragmenting quark (∼ Ph⊥ when k⊥ ∼ 0)
H⊥1 (z ,K⊥): Collins FF, da quark polarizzato trasverso ad adrone non
polarizzato, in convoluzione con la transversity DF
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 17 / 30
δq(x), Transversity DF Transverse SSA
Single Hadron Semi Inclusive DIS
Ph
Ph
ST
φS
l
φh
l
hadron planel’
l
lepton plane
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 18 / 30
δq(x), Transversity DF Transverse SSA
Single Hadron Semi Inclusive DIS
Ph
Ph
ST
φS
l
φh
l
hadron planel’
l
lepton plane
Survive in Transverse
Target Asymmetry
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 18 / 30
δq(x), Transversity DF Transverse SSA
Transverse Target Single-Spin Asymmetry (SSA)
AUT (φlh, φ
lS) ≡ 1
|ST |dσ(φl
h, φlS)− dσ(φl
h, φlS + π)
dσ(φlh, φ
lS) + dσ(φl
h, φlS + π)
Twist−2= ACollins
UT sin(φlh + φl
S) +
ASiversUT sin(φl
h − φlS) +
ABMUT sin(3φl
h − φlS)
ACollinsUT ∼
∑q e2
q
[hq1 ⊗ H⊥
1q
]Transversity
ASiversUT ∼
∑q e2
q
[f ⊥q1T ⊗ D1q
]Info su Lq
ABMUT ∼
∑q e2
q
[h⊥q1T ⊗ H⊥
1q
]Piccolo
⊗ = integrale di convoluzione su ~pT e ~kT
Asimmetrie estraibili da fit su angoli azimutali
FF convolute nell’asimmetria
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 19 / 30
δq(x), Transversity DF Transverse SSA
Transverse Target Single-Spin Asymmetry (SSA)
AUT (φlh, φ
lS) ≡ 1
|ST |dσ(φl
h, φlS)− dσ(φl
h, φlS + π)
dσ(φlh, φ
lS) + dσ(φl
h, φlS + π)
Twist−2= ACollins
UT sin(φlh + φl
S) +
ASiversUT sin(φl
h − φlS) +
ABMUT sin(3φl
h − φlS)
ACollinsUT ∼
∑q e2
q
[hq1 ⊗ H⊥
1q
]Transversity
ASiversUT ∼
∑q e2
q
[f ⊥q1T ⊗ D1q
]Info su Lq
ABMUT ∼
∑q e2
q
[h⊥q1T ⊗ H⊥
1q
]Piccolo
⊗ = integrale di convoluzione su ~pT e ~kT
Asimmetrie estraibili da fit su angoli azimutali
FF convolute nell’asimmetria
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 19 / 30
δq(x), Transversity DF Transverse SSA
Transverse Target Single-Spin Asymmetry (SSA)
AUT (φlh, φ
lS) ≡ 1
|ST |dσ(φl
h, φlS)− dσ(φl
h, φlS + π)
dσ(φlh, φ
lS) + dσ(φl
h, φlS + π)
Twist−2= ACollins
UT sin(φlh + φl
S) +
ASiversUT sin(φl
h − φlS) +
ABMUT sin(3φl
h − φlS)
ACollinsUT ∼
∑q e2
q
[hq1 ⊗ H⊥
1q
]Transversity
ASiversUT ∼
∑q e2
q
[f ⊥q1T ⊗ D1q
]Info su Lq
ABMUT ∼
∑q e2
q
[h⊥q1T ⊗ H⊥
1q
]Piccolo
⊗ = integrale di convoluzione su ~pT e ~kT
Asimmetrie estraibili da fit su angoli azimutali
FF convolute nell’asimmetria
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 19 / 30
δq(x), Transversity DF Transverse SSA
HERMES SSA π Proton Data [hep-ex/0507013]
e + p↑ → e′ + π± + X with π+/π− Favored/Unfavored channels
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
2 ⟨s
in(φ
+φS)⟩
π U
T
π+
-0.12
-0.1
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.1 0.2 0.3
2 ⟨s
in(φ
+φS)⟩
π U
T
π-
x0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
6.6% scale uncertainty
z0.2 0.4 0.6 0.8 1
Ph⊥ [GeV]
IIIIIIHERMES PRELIMINARY 2002-2004virtual photon asymmetry amplitudesnot corrected for acceptance and smearing
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
2 ⟨s
in(φ
-φS)⟩
π U
T
π+
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.1 0.2 0.3
2 ⟨s
in(φ
-φS)⟩
π U
T
π-
x0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
6.6% scale uncertainty
z0.2 0.4 0.6 0.8 1
Ph⊥ [GeV]
IIIIIIHERMES PRELIMINARY 2002-2004not corrected for acceptance and smearing
Strong Flavor Dependence of the Collins and Sivers Asymmetries
Unfavored p(uud) → π−(du) shows large Collins Asymmetry
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 20 / 30
δq(x), Transversity DF Transverse SSA
HERMES SSA π Proton Data [hep-ex/0507013]
e + p↑ → e′ + π± + X with π+/π− Favored/Unfavored channels
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
2 ⟨s
in(φ
+φS)⟩
π U
T
π+
-0.12
-0.1
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.1 0.2 0.3
2 ⟨s
in(φ
+φS)⟩
π U
T
π-
x0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
6.6% scale uncertainty
z0.2 0.4 0.6 0.8 1
Ph⊥ [GeV]
IIIIIIHERMES PRELIMINARY 2002-2004virtual photon asymmetry amplitudesnot corrected for acceptance and smearing
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
2 ⟨s
in(φ
-φS)⟩
π U
T
π+
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.1 0.2 0.3
2 ⟨s
in(φ
-φS)⟩
π U
T
π-
x0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
6.6% scale uncertainty
z0.2 0.4 0.6 0.8 1
Ph⊥ [GeV]
IIIIIIHERMES PRELIMINARY 2002-2004not corrected for acceptance and smearing
Strong Flavor Dependence of the Collins and Sivers Asymmetries
Unfavored p(uud) → π−(du) shows large Collins Asymmetry
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 20 / 30
δq(x), Transversity DF Transverse SSA
HERMES SSA π Proton Data [hep-ex/0507013]
e + p↑ → e′ + π± + X with π+/π− Favored/Unfavored channels
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
2 ⟨s
in(φ
+φS)⟩
π U
T
π+
-0.12
-0.1
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.1 0.2 0.3
2 ⟨s
in(φ
+φS)⟩
π U
T
π-
x0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
6.6% scale uncertainty
z0.2 0.4 0.6 0.8 1
Ph⊥ [GeV]
IIIIIIHERMES PRELIMINARY 2002-2004virtual photon asymmetry amplitudesnot corrected for acceptance and smearing
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
2 ⟨s
in(φ
-φS)⟩
π U
T
π+
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.1 0.2 0.3
2 ⟨s
in(φ
-φS)⟩
π U
T
π-
x0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
6.6% scale uncertainty
z0.2 0.4 0.6 0.8 1
Ph⊥ [GeV]
IIIIIIHERMES PRELIMINARY 2002-2004not corrected for acceptance and smearing
Strong Flavor Dependence of the Collins and Sivers Asymmetries
Unfavored p(uud) → π−(du) shows large Collins AsymmetryE. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 20 / 30
δq(x), Transversity DF Transverse SSA
HERMES SSA K Proton Data
e + p↑ → e′ + K± + X
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
2 ⟨s
in(φ
+φS)⟩
h U
T
K+
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.1 0.2 0.3
2 ⟨s
in(φ
+φS)⟩
h U
T
K-
x0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
z0.2 0.4 0.6 0.8 1
Ph⊥ [GeV]
IIIIIIHERMES PRELIMINARY 2002-2004lepton beam asymmetry amplitudes6.6% scale uncertainty
0
0.05
0.1
0.15
0.2
2 ⟨s
in(φ
-φS)⟩
h U
T
K+
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.1 0.2 0.3
2 ⟨s
in(φ
-φS)⟩
h U
T
K-
x0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
z0.2 0.4 0.6 0.8 1
Ph⊥ [GeV]
IIIIIIHERMES PRELIMINARY 2002-20046.6% scale uncertainty
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 21 / 30
δq(x), Transversity DF Transverse SSA
COMPASS Deuteron Data [PRL 94 (2005) 202002)]
µ + d↑ → µ′ + h + X
Col
lA
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2 all hadrons leading hadrons leading hadrons leading hadrons
x
Siv
A
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2 all hadrons
-210 -110 x
leading hadrons
-210 -110 z0.4 0.6 0.8 1
leading hadrons
hTp
0.5 1 1.5 2
leading hadrons
]c[GeV/
x ≤ 0.1 complementary to HERMESBoth u and d quarks probedSmall SSA ⇒ when correlated to HERMES data, large contributionto asymmetry from d quark (?)
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 22 / 30
δq(x), Transversity DF Transverse SSA
COMPASS Deuteron Data [PRL 94 (2005) 202002)]
µ + d↑ → µ′ + h + X
Col
lA
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2 all hadrons leading hadrons leading hadrons leading hadrons
x
Siv
A
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2 all hadrons
-210 -110 x
leading hadrons
-210 -110 z0.4 0.6 0.8 1
leading hadrons
hTp
0.5 1 1.5 2
leading hadrons
]c[GeV/
x ≤ 0.1 complementary to HERMES
Both u and d quarks probedSmall SSA ⇒ when correlated to HERMES data, large contributionto asymmetry from d quark (?)
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 22 / 30
δq(x), Transversity DF Transverse SSA
COMPASS Deuteron Data [PRL 94 (2005) 202002)]
µ + d↑ → µ′ + h + X
Col
lA
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2 all hadrons leading hadrons leading hadrons leading hadrons
x
Siv
A
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2 all hadrons
-210 -110 x
leading hadrons
-210 -110 z0.4 0.6 0.8 1
leading hadrons
hTp
0.5 1 1.5 2
leading hadrons
]c[GeV/
x ≤ 0.1 complementary to HERMESBoth u and d quarks probed
Small SSA ⇒ when correlated to HERMES data, large contributionto asymmetry from d quark (?)
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 22 / 30
δq(x), Transversity DF Transverse SSA
COMPASS Deuteron Data [PRL 94 (2005) 202002)]
µ + d↑ → µ′ + h + X
Col
lA
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2 all hadrons leading hadrons leading hadrons leading hadrons
x
Siv
A
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2 all hadrons
-210 -110 x
leading hadrons
-210 -110 z0.4 0.6 0.8 1
leading hadrons
hTp
0.5 1 1.5 2
leading hadrons
]c[GeV/
x ≤ 0.1 complementary to HERMESBoth u and d quarks probedSmall SSA ⇒ when correlated to HERMES data, large contributionto asymmetry from d quark (?)
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 22 / 30
δq(x), Transversity DF Transverse SSA
Collins and Sivers Asymmetries Exp. Status
Collins Sivers
π+ π− K+ K− h± π+ π− K+ K− h±
p ++ −− 0 0 ++ 0 + 0
d 0 0
No data on neutron
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 23 / 30
δq(x), Transversity DF Transverse SSA
Collins and Sivers Asymmetries Exp. Status
Collins Sivers
π+ π− K+ K− h± π+ π− K+ K− h±
p ++ −− 0 0 ++ 0 + 0
d 0 0
No data on neutron
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 23 / 30
δq(x), Transversity DF Transverse SSA
Collins and Sivers Asymmetries Exp. Status
Collins Sivers
π+ π− K+ K− h± π+ π− K+ K− h±
p ++ −− 0 0 ++ 0 + 0
d 0 0
No data on neutron
⇓Opportunity in Hall A @ JLab
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 23 / 30
δq(x), Transversity DF JLab
Hall A Collaboration a JLab / Virginia
Acceleratore di elettroni CEBAF: Ie ∼ 200µA, Emaxe = 6 GeV, 100%
duty cycle
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 24 / 30
δq(x), Transversity DF JLab
Hall A Collaboration a JLab / Virginia
Tre sale sperimentali
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 24 / 30
δq(x), Transversity DF JLab
Hall A Collaboration a JLab / Virginia
Transversity Collaboration in Hall A (27 istituti, da 7 nazioni)
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 24 / 30
δq(x), Transversity DF JLab
Opportunity at JLab/Hall A
High intensity (polarized) electron beam (up to 6 GeV)
High density polarized 3He target (polarized neutron target)
Probe valence quark region (similar to HERMES, but complementarytarget)
Excellent charged hadron identification
Approved DIS experiment on3He↑ + e → e ′ + π± + X
and3He↑ + e → e ′ + K± + X
will measure the neutron Transverse Single Spin Asymmetry
and will provideadditional information on transversity and Sivers DFs
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 25 / 30
δq(x), Transversity DF JLab
Opportunity at JLab/Hall A
High intensity (polarized) electron beam (up to 6 GeV)
High density polarized 3He target (polarized neutron target)
Probe valence quark region (similar to HERMES, but complementarytarget)
Excellent charged hadron identification
Approved DIS experiment on3He↑ + e → e ′ + π± + X
and3He↑ + e → e ′ + K± + X
will measure the neutron Transverse Single Spin Asymmetry
and will provideadditional information on transversity and Sivers DFs
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 25 / 30
δq(x), Transversity DF JLab
Opportunity at JLab/Hall A
High intensity (polarized) electron beam (up to 6 GeV)
High density polarized 3He target (polarized neutron target)
Probe valence quark region (similar to HERMES, but complementarytarget)
Excellent charged hadron identification
Approved DIS experiment on3He↑ + e → e ′ + π± + X
and3He↑ + e → e ′ + K± + X
will measure the neutron Transverse Single Spin Asymmetry
and will provideadditional information on transversity and Sivers DFs
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 25 / 30
δq(x), Transversity DF JLab
Hall A Experimental Setup for Transversity
1.50
m d
rift
HRS
BigBite
6 GeV Beam
*
e
π eo16
γ
o30
Beam
6 GeV, 15 µA e−
Target
High pressure polarized 3He, 50 mg/cm2,∼ 42% polariz./20 min, Lumi ∼ 1036/s/cm2
Electron Detection: BigBite
E ′ = 0.8÷ 1.9 GeV, θ = 30o , ∆Ω = 64 msr
Hadron Detection: HRS Left
Ph = 2.4 GeV/c, z ∼ 0.5, θ = −16o , π/K ID
Kinematic Region
〈Q2〉 = 2.2 GeV2, x = 0.13÷ 0.4
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 26 / 30
δq(x), Transversity DF JLab
AUT Projected Performance
Expected errors comparable to existing HERMES/COMPASS data
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 27 / 30
Conclusioni
Riassumendo ...
JNz ≡ 1
2= 1
2∆Σ + ∆G + Lq + LG
∆Σ ben noto∆G prime misure parzialmente constrastantiLq + LG non ancora misurati
Transversity (e Sivers) DF
informazioni preziose sulla struttura di spin ma anche sulla QCD
primi temtativi di misura
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 28 / 30
Conclusioni
Riassumendo ...
JNz ≡ 1
2= 1
2∆Σ + ∆G + Lq + LG
∆Σ ben noto∆G prime misure parzialmente constrastantiLq + LG non ancora misurati
Nucleon
Quark 0 L T
0 q(x) f ⊥1T (x , k⊥)
L ∆q(x) g1T (x , k⊥)
T h⊥1 (x , k⊥) h⊥1L(x , k⊥) δq(x) h⊥1T (x , k⊥)
Transversity (e Sivers) DF
informazioni preziose sulla struttura di spin ma anche sulla QCD
primi temtativi di misura
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 28 / 30
Conclusioni
Prospettive (a JLab)
Esperimento a JLab rivolto alla misura della SSA sul nucleone verrarealizzato nella seconda meta del 2007
Analisi, test e calibrazioni in corso per ottimizzare:I Lo spettrometro BigBite a larga accettanza per gli elettroniI Il bersaglio di 3He polarizzatoI Il rivelatore RICH per l’identificazione degli adroni (π e K );I La configurazione sperimentale
L’esperimento offre l’opportunita unica (almeno per i prossimi anni)di avere misure di SSA sul neutrone complementari a quelle esistenti
fornire informazioni complementari sulle funzioni di distribuzioneTransversity e Sivers
migliorare la nostra conoscenza della struttura di spin del nucleone
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 29 / 30
Conclusioni
Prospettive (a JLab)
Esperimento a JLab rivolto alla misura della SSA sul nucleone verrarealizzato nella seconda meta del 2007
Analisi, test e calibrazioni in corso per ottimizzare:I Lo spettrometro BigBite a larga accettanza per gli elettroniI Il bersaglio di 3He polarizzatoI Il rivelatore RICH per l’identificazione degli adroni (π e K );I La configurazione sperimentale
L’esperimento offre l’opportunita unica (almeno per i prossimi anni)di avere misure di SSA sul neutrone complementari a quelle esistenti
fornire informazioni complementari sulle funzioni di distribuzioneTransversity e Sivers
migliorare la nostra conoscenza della struttura di spin del nucleone
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 29 / 30
Conclusioni
Principali esperimenti coinvolti nello studio di δq
HERMES SIDIS Esperimento dedicato (2002-2005)su protone
COMPASS SIDIS adrone finale non identificatosu adrone generico
BELLE e+e− → ππX puo estrarre Collins FF
—— Coming Months/Years ——RHIC Drell-Yan misura diretta (?)
JLab/6GeV SIDIS prima misura su neutrone
—— Next Decennium ? ——
PAX Drell-Yan (p + p) Teoricamente il metodo ottimale
JLab 12 GeV SIDIS
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 30 / 30
Conclusioni
Principali esperimenti coinvolti nello studio di δq
HERMES SIDIS Esperimento dedicato (2002-2005)su protone
COMPASS SIDIS adrone finale non identificatosu adrone generico
BELLE e+e− → ππX puo estrarre Collins FF
—— Coming Months/Years ——RHIC Drell-Yan misura diretta (?)
JLab/6GeV SIDIS prima misura su neutrone
—— Next Decennium ? ——
PAX Drell-Yan (p + p) Teoricamente il metodo ottimale
JLab 12 GeV SIDIS
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 30 / 30
Conclusioni
Principali esperimenti coinvolti nello studio di δq
HERMES SIDIS Esperimento dedicato (2002-2005)su protone
COMPASS SIDIS adrone finale non identificatosu adrone generico
BELLE e+e− → ππX puo estrarre Collins FF
—— Coming Months/Years ——RHIC Drell-Yan misura diretta (?)
JLab/6GeV SIDIS prima misura su neutrone
—— Next Decennium ? ——
PAX Drell-Yan (p + p) Teoricamente il metodo ottimale
JLab 12 GeV SIDIS
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 30 / 30
Conclusioni
Principali esperimenti coinvolti nello studio di δq
HERMES SIDIS Esperimento dedicato (2002-2005)su protone
COMPASS SIDIS adrone finale non identificatosu adrone generico
BELLE e+e− → ππX puo estrarre Collins FF
—— Coming Months/Years ——RHIC Drell-Yan misura diretta (?)
JLab/6GeV SIDIS prima misura su neutrone
—— Next Decennium ? ——
PAX Drell-Yan (p + p) Teoricamente il metodo ottimale
JLab 12 GeV SIDIS
E. Cisbani (ISS - INFN Roma) Spin Nucleone INFN Roma - 09/06/06 30 / 30
