JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS1
logo
  p
Polarization transfer in Wide-AngleCompton ScatteringProposal 08-017
D. Hamilton, R. Gilman, A. Nathan, and
  B. Wojtsekhowski, co-spokespersons
Outline
Mechanism of the reaction is a key question
Compton e -e process and polarization observables
WACS present results and experimental program
Proposed experiment and expected results
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS2
logo
  p
            Two basic options for mechanism:
Collective response - several partons involved in highmomentum interaction with the photons
Individual response - one quark absorbs incident photon andthe same quark emits scattered photon
Mechanism of the process
blob-1
blob-CS
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS3
logo
  p
 Regge poles - VMD - since 1960’s …, Laget
 pQCD - two-gluon- Brodsky, …, Guichon&Vanderhaeghen,    Brooks&Dixon, Thomson et al.
 Diquark model - Guichon&Kroll, 1996
 Leading quark- Brodsky et al., 1972
 GPDs (handbag)- Radyushkin, Kroll et al.
 CQM- G.Miller
Main issues:
 Competing mechanisms
 Interplay between hard and soft processes
 Threshold for onset of asymptotic regime
 Role of hadron helicity flip
Studies of  the  RCS process
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS4
logo
  p
Exact formalism for CS off electron
latex-image-1
latex-image-1
latex-image-1
KN
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS5
logo
  p
Compton in 1925
Compton-cloud-1925
Directed Quanta ofScattered X-Rays
Arthur Compton andAlfred Simon, PR26, 3 (1925)
Compton-energy
recoil electron
photo electron
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS6
logo
  p
Cross section  of  WACSvs pQCD calculations
Dixon-plot
Thompson-plot
normalization problems, calculations are 3-10 times below data
Calculation byThomson et al
Calculation byBrooks & Dixon
Cornell data
JLab data
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS7
logo
  p
 Single-quark mechanism
  “handbag” diagram accounts for
   scattering from quark and
   introduces the FFs for  ++,+-, ..
 
   Form factors: RV, RT, RA
   KN-like polarization observables
   quark coupling is small compare t
latex-image-1
blob-CS
WACS in GPD approach
Form factors allows to fit cross section
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS8
logo
  p
The plan of proposed experiment
ds-dt
proposed
-u = 3.6
-u = 2.3
p
p
latex-image-1
latex-image-1
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS9
logo
  p
Result: test of reaction mechanism
Proposed for E ~ 4.3 GeV for cm angles 90o and 110o
( a 70o cm data point will be obtained in E07-002)
projected
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS10
logo
  p
Result: test of reaction mechanism
Proposed for E ~ 4.3 GeV for cm angles 90o and 110o
( a 70o cm data point will be obtained in E07-002)
projected-2
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS11
logo
  p
Experiment concept: similar to E99-114
energies
setup
Beam 80% polarized, 80 μA
Ee= 4.8 , <Ēγ>~ 4.3 GeV
Photon flux ~  1013 eqv. /s;  in  thisexperiment it will be boosted by anadditional factor 5 with larger calorimeter
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS12
logo
  p
Selection of  the WACS events
Magnet separates e'/γ, no veto needed, allows higher luminosity
latex-image-1
latex-image-1
latex-image-1
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS13
logo
  p
Focal Plane Polarimeter
FPP used in many Hall A experiments
FOM = εAy2 ~ 0.02, so we need ≈1-2 M RCS events
Calibrated with ep elastic scattering
ep_asym
FPP-form3
FPP-form4
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS14
logo
  p
Present proposal (KLL,LT) has photon energy 4.3 GeV, large s, -t, -u
E99-114 Results vs new plan
 s  = 6.9 GeV2
-t  = 4.0
-u = 1.13
rcs_cs-prl
kll-color
PRL 98, 152001
PRL 94, 242001
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS15
logo
  p
WACS research program
CS research has significant chance to discover
    the basic reaction mechanism
CS research would be extended for cross sections
up to to s = 20 GeV2 with the 12 GeV upgrade, could
possibly find onset of pQCD in exclusive reactions
s_t_12_AC
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS16
logo
  p
Proposed  Kinematics
Eγ = 4.3 GeV, s = 8.9 GeV2
latex-image-1
Large -t,-u
Precision
data for KLL,
and KLT
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS17
logo
  p
Beam Time Request
      21 days beam on target in Hall A
latex-image-1
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS18
logo
  p
Summary
Mechanism of Real Compton Scattering could be foundfrom proposed experiment - need two data points
WACS has largely the same physics as FFs and DVCS
Experimental technique is well understood and tested
This polarization experiment belongs to 6-GeV program
Beam time request: 21 days beam on target in Hall A
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS19
logo
  p
Backup    slides
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS20
logo
  p
Beam Time Request - by hours
      21 days of beam in Hall A
latex-image-1
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS21
logo
  p
Reply to TAC comments
rcs_99114
LG_ped
 Installation time ~ < 1 month in Hall A.
 As suggested by RadCon group the photon radiator willbe made from Pb, for which case rad-budget is twice lower
than for the standard Cu radiator.
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS22
logo
  p
Polarization observables in QED
QED
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS23
logo
  p
GPD-based prediction for KLS
KLS-KLL
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS24
logo
  p
NLO GPD-based calculations
NLO-cs-PK
NLO corrections to the cross section are 10-20%
Corrections to polarization observables ~ 1-2% at cm=90o
                                                               ~ 10-15% at 120o
NLO-hkm-rate
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS25
logo
  p
GPDs and form factors of WACS
latex-image-1
latex-image-1
GA at w
latex-image-1
latex-image-1
latex-image-1
JLab PAC33, January 16, 2008                             Polarization   transfer      in      WACS26
logo
  p
Systematic Uncertainties
By far the largest contribution tosystematic uncertainty from dilutionfactor/background asymmetrystability.
In previous analysis, backgroundwas fitted with polynomialdistribution.
In future analysis, a dedicated MonteCarlo (already developed) will beused to better understandbackground.
Expected improvement in systematicuncertainty by factor two or moredKLLsyst ~ 0.01