Nuclear dependence of the transverse-single-spin asymmetry for forward neutron production in polarized p+A collisions at sqrt(s_NN) = 200 GeV

Abstract

고에너지 강입자(hadron) 충돌시 대부분의 에너지는 충돌하는 입자가 향하던

방향 근처(전방: forward)에 생성되는 입자(들)가 가져간다. 그러므로 전반적

인 입자 생성 과정을 이해하는데에 있어 전방 입자 생성 과정의 연구는 매우

중요하다. 그러나, 전방 입자의 경우 운동량 이동이 적은 충돌에서 생성되었기

때문에 양자색역학(Quantum Chromodynamics: QCD)의 적용이 어려워 그

생성과정을 잘 모르고 있다. 이렇게 운동량 이동이 적은 고에너지 충돌에서

일어나는 현상은 레제(Regge) 이론으로 활발히 연구하고 있다.

양성자-양성자 충돌에서 생성되는 전방 중성자의 경우 ISR과 PHENIX

에서 생성 단면적(cross-section)이 측정되었고, IP12와 PHENIX에서 횡단-단

일-스핀 비대칭도(AN , -1과 1사이)가 측정되었다. 실험 결과는 레제 이론에서

양성자가 파이온(pion)이나 a1(1260)을 교환하여 중성자를 생성하는 것으로

측정값을 잘 설명해왔다. 같은 이론이 양성자-원자핵 충돌의 경우, 중성자 생

성의 AN가 원자핵의 종류에 따라 크게 변하지 않을 것으로 예상하였다.

2015년, RHIC에서 세계 최초로 스핀 편광된 양성자-원자핵(알루미늄, 금)

충돌 실험을 진행하였다. 이 실험에서 최초로 중성자 생성시 AN의 원자핵 상

관성을 PHENIX에서 측정한 결과를 보고한다. 측정 결과는 놀랍게도 기존의

레제 이론과 완전히 달리, 강한 원자핵 상관성을 보였다. 양성자-금 충돌시의

AN값은 양성자-양성자 충돌시 AN값과 반대 부호를 가지며 그 크기도 세배나

되었다. 알려지지 않은 중성자 생성의 원리를 이해하기 위한 추가적인 측정과

결과를 설명할 수 있는 새로운 중성자 생성 과정에 대한 논의도 소개한다.

In high-energy hadron collisions, most of the energy is distributed in the

forward region (the scattering angle is nearly zero). Therefore, studying forward

particle production mechanisms is important for understanding overall

particle production. However, because of small momentum transfers, pQCD

is not applicable, therefore, forward particle production mechanisms are not

well understood. Such low momentum transfer interactions at high-energy

collisions are studied by the Regge theory.

In case of the forward neutron production in p+p, cross-sections were

measured at ISR and PHENIX, and the transverse-single-spin asymmetry

AN was measured at IP12 and PHENIX. The results had been well explained

by the and a1(1260) exchange model in the Regge framework. This model

predicted moderate nuclear dependence on AN.

In 2015, the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) had the polarized

protons and nuclei collisions for the rst time in the world. The rst measurement

of nuclear dependence on AN in forward neutron production in p+A

collisions are presented. Surprisingly, the result contradicts with the Regge

theory prediction. The AN has a strong nuclear dependence: compared to

p+p collisions, the sign of AN is

flipped and its magnitude becomes three

times larger in p+Au. Further measurements to pin down the characteristics

of the unknown mechanisms and discussion of dierent neutron production

processes which may explain the result are introduced.