First ¡Measurement ¡of ¡the ¡Beam ¡ Normal ¡Single ¡Spin ¡Asymmetry ¡in ¡Δ ¡ Resonance ¡Produc=on ¡by ¡Q-‑weak ¡ Nuruzzaman (https://userweb.jlab.org/~nur) for the Q-weak Collaboration
Beam ¡Normal ¡Single ¡Spin ¡Asymmetry ¡ • Beam Normal Single Spin Asymmetries ( B n ) are generated when transversely polarized electrons scatter from unpolarized targets • B n is parity conserving and is time-reversal invariant B n is also known as transverse asymmetry σ − σ B n = σ + σ spin UP spin DOWN Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 2 ¡
Beam ¡Normal ¡Single ¡Spin ¡Asymmetry ¡ • Beam Normal Single Spin Asymmetries ( B n ) are generated when transversely polarized electrons scatter from unpolarized targets • B n is parity conserving and is time-reversal invariant B n is also known as transverse asymmetry γ γ γ + σ − σ 2 T 1 γ × Im T 2 γ B n = σ + σ = | T 1 γ | spin UP B n arises from the interference of T 1 γ – amplitude for 1-photon exchange T 2 γ – amplitude for 2-photon exchange 2-photon exchange with 1-photon spin DOWN exchange in e-N scattering • B n provides direct access to the imaginary part of the two-photon exchange amplitude Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 3 ¡
Beam ¡Normal ¡Single ¡Spin ¡Asymmetry ¡ • Beam Normal Single Spin Asymmetries ( B n ) are generated when transversely polarized electrons scatter from unpolarized targets • B n is parity conserving and is time-reversal invariant B n is also known as transverse asymmetry Contains information about the Intermediate states of the nucleon γ γ γ + σ − σ 2 T 1 γ × Im T 2 γ B n = σ + σ = | T 1 γ | spin UP B n arises from the interference of T 1 γ – amplitude for 1-photon exchange T 2 γ – amplitude for 2-photon exchange 2-photon exchange with 1-photon spin DOWN exchange in e-N scattering • B n provides direct access to the imaginary part of the two-photon exchange amplitude Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 4 ¡
B n ¡in ¡the ¡Produc=on ¡of ¡the ¡Δ ¡Resonance ¡ Measuring B n in e + p e + Δ Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 5 ¡
B n ¡in ¡the ¡Produc=on ¡of ¡the ¡Δ ¡Resonance ¡ Measuring B n in e + p e + Δ Physics Motivation: For p and Δ intermediate hadrons, vertices are known - except for γ * ΔΔ electromagnetic (EM) vertex • Proton EM FF well known. N →Δ EM transition FF fairly well known • Unique tool to study γ * ΔΔ form factors • Potential to constrain charge radius and magnetic moment of Δ ! Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 6 ¡
Asymmetry ¡Measurement ¡ Can be measured with a transversely polarized beam to determine the magnitude K' proton S S K θ e - Measured asymmetry N − N ϵ M ( ϕ ) = N + N Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 7 ¡
Asymmetry ¡Measurement ¡ Can be measured with a transversely polarized beam to determine the magnitude k × k’ ∧ ¡ n = |k × k’| K' proton S S K θ e - Measured asymmetry N − N ∧ ¡ ϵ M ( ϕ ) = N + N = − B n S.n = B n S sin( ϕ - ϕ 0 ) = B n [P V cos( ϕ ) - P H sin( ϕ )] • Horizontal : P H = S cos( ϕ 0 ) Measured asymmetry has a • Vertical : P V = S sin( ϕ 0 ) small azimuthal dependence Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 8 ¡
Asymmetry ¡Measurement ¡ Can be measured with a transversely polarized beam to determine the magnitude k × k’ ∧ ¡ n = |k × k’| K' proton S S K θ e - Measured asymmetry N − N ∧ ¡ ϵ M ( ϕ ) = N + N = − B n S.n = B n S sin( ϕ - ϕ 0 ) = B n [P V cos( ϕ ) - P H sin( ϕ )] • Horizontal : P H = S cos( ϕ 0 ) Measured asymmetry has a Data taken on targets • Vertical : P V = S sin( ϕ 0 ) small azimuthal dependence • Hydrogen • Aluminum • Carbon Q-weak has data with Transverse polarization: different beam energy • Horizontal and physics process • Vertical Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 9 ¡
Asymmetry ¡Measurement ¡ Can be measured with a transversely polarized beam to determine the magnitude k × k’ ∧ ¡ n = |k × k’| K' proton S S K θ e - Measured asymmetry N − N ∧ ¡ ϵ M ( ϕ ) = N + N = − B n S.n = B n S sin( ϕ - ϕ 0 ) = B n [P V cos( ϕ ) - P H sin( ϕ )] • Horizontal : P H = S cos( ϕ 0 ) Measured asymmetry has a Data taken on targets • Vertical : P V = S sin( ϕ 0 ) small azimuthal dependence • Hydrogen • Aluminum • Carbon Q-weak has data with This talk: Inelastic e-p Transverse polarization: different beam energy scattering with a Δ (1232) • Horizontal and physics process final state at E = 1.16 GeV • Vertical Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 10 ¡
Jefferson ¡Lab ¡and ¡Q-‑weak ¡Setup ¡ D C A Q-weak setup inside Hall-C (during construction) B Aerial view of Jefferson Lab Transverse measurements Q-weak experiment ran in Hall-C at the Thomas were taken from Jefferson National Laboratory in Newport News, 16 - 20 February, 2012 Virginia from Jan 2010 – May 2012 Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 11 ¡
Q-‑weak ¡Apparatus ¡ Kinematics • E beam = 1.16 GeV • < θ > ~ 8.3° • Q 2 = 0.021 (GeV/c) 2 • ϕ coverage ~ 49% of 2 π • Current = 180 µA • Polarization = 88% Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 12 ¡
Q-‑weak ¡Apparatus ¡ Kinematics • E beam = 1.16 GeV • < θ > ~ 8.3° • Q 2 = 0.021 (GeV/c) 2 • ϕ coverage ~ 49% of 2 π • Current = 180 µA • Polarization = 88% 3 2 4 1 5 6 8 7 ϕ è (octant # − 1) x 45 o Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 13 ¡
Q-‑weak ¡Apparatus ¡ Kinematics • E beam = 1.16 GeV • < θ > ~ 8.3° • Q 2 = 0.021 (GeV/c) 2 • ϕ coverage ~ 49% of 2 π • Current = 180 µA • Polarization = 88% 3 2 4 1 5 6 8 7 ϕ è (octant # − 1) x 45 o Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 14 ¡
Asymmetries ¡from ¡Cerenkov ¡Detector ¡Signals ¡ Right PMT e - Integrating ϵ R ~0.6 V signal ϵ L + ϵ R ϵ raw = 2 ϵ L Left PMT Not corrected for • False beam asymmetries • Polarization • Backgrounds Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 15 ¡
Regressed ¡Transverse ¡Asymmetries ¡ 0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315° § Regressed asymmetries § Not corrected for polarization and backgrounds Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 16 ¡
Regressed ¡Transverse ¡Asymmetries ¡ 0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315° ~90 o phase offset ¡ Fit function for horizontal: ϵ reg H sin( ϕ ) vertical: ϵ reg V cos( ϕ ) § Regressed asymmetries § Not corrected for polarization and backgrounds Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 17 ¡
Summary ¡of ¡Uncertain=es ¡on ¡ϵ reg ¡ ϵ reg = 5.1 ± 0.4 (stat) ± 0.1 (sys) ppm Measured asymmetry § Error weighted (H and V) regressed asym. § Corrected for detector acceptance § Not corrected for polarization and backgrounds dominated systematics are by statistics under control Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 18 ¡
Extrac=on ¡of ¡Physics ¡Asymmetry ¡ Beam Normal Single Spin Asymmetry ¡ Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 19 ¡
Extrac=on ¡of ¡Physics ¡Asymmetry ¡ Beam Normal Single Spin Asymmetry ¡ Extracting B n from the experimental ∂ϵ raw ∑ measured asymmetry by ∂ T i ∆ T i , cor. for det. acpt. u ϵ reg = ϵ raw - u removing false asymmetries i Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 20 ¡
Extrac=on ¡of ¡Physics ¡Asymmetry ¡ Beam Normal Single Spin Asymmetry ¡ Extracting B n from the experimental ∂ϵ raw ∑ measured asymmetry by ∂ T i ∆ T i , cor. for det. acpt. u ϵ reg = ϵ raw - u removing false asymmetries i u correcting for the beam polarization Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 21 ¡
Extrac=on ¡of ¡Physics ¡Asymmetry ¡ Beam Normal Single Spin Asymmetry ¡ Extracting B n from the experimental ∂ϵ raw ∑ measured asymmetry by ∂ T i ∆ T i , cor. for det. acpt. u ϵ reg = ϵ raw - u removing false asymmetries i u correcting for the beam polarization B bi = Background asymmetries u removing background asymmetries u f bi = dilution factors ¡ • Al : aluminum window backgrounds • BB : scattering from the beamline • QTor: neutral particles in the magnet acpt. • el : elastic radiative tail Nuruzzaman ¡ New ¡Perspec=ves ¡2015, ¡Fermilab ¡ 22 ¡
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