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Gou B, Arvieux J, Aulenbacher K, Ríos DB, Baunack S, Becker D, Capozza L, Deconinck W, Diefenbach J, Frascaria R, Gorchtein M, Gläser B, von Harrach D, Imai Y, Kabuß EM, Kothe R, Kowalski S, Kunne R, Maas FE, Merkel H, Espí MCM, Morlet M, Müller U, Ong S, Schilling E, Weinrich C, van de Wiele J, Zambrana M, Zimmermann I. Study of Two-Photon Exchange via the Beam Transverse Single Spin Asymmetry in Electron-Proton Elastic Scattering at Forward Angles over a Wide Energy Range. Phys Rev Lett 2020; 124:122003. [PMID: 32281834 DOI: 10.1103/physrevlett.124.122003] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/14/2020] [Revised: 02/28/2020] [Accepted: 02/28/2020] [Indexed: 06/11/2023]
Abstract
We report on a new measurement of the beam transverse single spin asymmetry in electron-proton elastic scattering, A_{⊥}^{ep}, at five beam energies from 315.1 to 1508.4 MeV and at a scattering angle of 30°<θ<40°. The covered Q^{2} values are 0.032, 0.057, 0.082, 0.218, 0.613 (GeV/c)^{2}. The measurement clearly indicates significant inelastic contributions to the two-photon-exchange (TPE) amplitude in the low-Q^{2} kinematic region. No theoretical calculation is able to reproduce our result. Comparison with a calculation based on unitarity, which only takes into account elastic and πN inelastic intermediate states, suggests that there are other inelastic intermediate states such as ππN, KΛ, and ηN. Covering a wide energy range, our new high-precision data provide a benchmark to study those intermediate states.
Collapse
Affiliation(s)
- B Gou
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
- Helmholtz-Institut Mainz, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Staudingerweg 18, D-55099 Mainz, Germany
- Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China
| | - J Arvieux
- Institut de Physique Nucléaire, CNRS-IN2P3, Université Paris-Sud, F-91406 Orsay Cedex, France
| | - K Aulenbacher
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
- Helmholtz-Institut Mainz, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Staudingerweg 18, D-55099 Mainz, Germany
| | - D Balaguer Ríos
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - S Baunack
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - D Becker
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - L Capozza
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
- Helmholtz-Institut Mainz, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Staudingerweg 18, D-55099 Mainz, Germany
| | - W Deconinck
- Laboratory for Nuclear Science and Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts 02139, USA
| | - J Diefenbach
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - R Frascaria
- Institut de Physique Nucléaire, CNRS-IN2P3, Université Paris-Sud, F-91406 Orsay Cedex, France
| | - M Gorchtein
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - B Gläser
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - D von Harrach
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - Y Imai
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - E-M Kabuß
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - R Kothe
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - S Kowalski
- Laboratory for Nuclear Science and Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts 02139, USA
| | - R Kunne
- Institut de Physique Nucléaire, CNRS-IN2P3, Université Paris-Sud, F-91406 Orsay Cedex, France
| | - F E Maas
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
- Helmholtz-Institut Mainz, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Staudingerweg 18, D-55099 Mainz, Germany
| | - H Merkel
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - M C Mora Espí
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - M Morlet
- Institut de Physique Nucléaire, CNRS-IN2P3, Université Paris-Sud, F-91406 Orsay Cedex, France
| | - U Müller
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - S Ong
- Institut de Physique Nucléaire, CNRS-IN2P3, Université Paris-Sud, F-91406 Orsay Cedex, France
| | - E Schilling
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - C Weinrich
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - J van de Wiele
- Institut de Physique Nucléaire, CNRS-IN2P3, Université Paris-Sud, F-91406 Orsay Cedex, France
| | - M Zambrana
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
- Helmholtz-Institut Mainz, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Staudingerweg 18, D-55099 Mainz, Germany
| | - I Zimmermann
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
- Helmholtz-Institut Mainz, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Staudingerweg 18, D-55099 Mainz, Germany
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Collapse
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Ríos DB, Aulenbacher K, Baunack S, Diefenbach J, Gläser B, von Harrach D, Imai Y, Kabuß EM, Kothe R, Lee JH, Merkel H, Mora Espí MC, Müller U, Schilling E, Weinrich C, Capozza L, Maas FE, Arvieux J, El-Yakoubi MA, Frascaria R, Kunne R, Morlet M, Ong S, van de Wiele J, Kowalski S, Prok Y. New Measurements of the Beam Normal Spin Asymmetries at Large Backward Angles with Hydrogen and Deuterium Targets. Phys Rev Lett 2017; 119:012501. [PMID: 28731753 DOI: 10.1103/physrevlett.119.012501] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/14/2016] [Indexed: 06/07/2023]
Abstract
New measurements of the beam normal single spin asymmetry in the electron elastic and quasielastic scattering on the proton and deuteron, respectively, at large backward angles and at ⟨Q^{2}⟩=0.22 (GeV/c)^{2} and ⟨Q^{2}⟩=0.35 ( GeV/c)^{2} are reported. The experimentally observed asymmetries are compared with the theoretical calculation of Pasquini and Vanderhaeghen [Phys. Rev. C 70, 045206 (2004).PRVCAN0556-281310.1103/PhysRevC.70.045206]. The agreement of the measurements with the theoretical calculations shows a dominance of the inelastic intermediate excited states of the nucleon, πN and the Δ resonance. The measurements explore a new, important parameter region of the exchanged virtual photon virtualities.
Collapse
Affiliation(s)
- D Balaguer Ríos
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - K Aulenbacher
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - S Baunack
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - J Diefenbach
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - B Gläser
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - D von Harrach
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - Y Imai
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - E-M Kabuß
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - R Kothe
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - J H Lee
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - H Merkel
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - M C Mora Espí
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - U Müller
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - E Schilling
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - C Weinrich
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
| | - L Capozza
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
- Helmholtz-Institut Mainz, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 36, D-55099 Mainz, Germany
| | - F E Maas
- Institut für Kernphysik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 45, D-55099 Mainz, Germany
- Helmholtz-Institut Mainz, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, J.J. Becherweg 36, D-55099 Mainz, Germany
| | - J Arvieux
- Institut de Physique Nucléaire, CNRS-IN2P3, Université Paris-Sud, F-91406 Orsay Cedex, France
| | - M A El-Yakoubi
- Institut de Physique Nucléaire, CNRS-IN2P3, Université Paris-Sud, F-91406 Orsay Cedex, France
| | - R Frascaria
- Institut de Physique Nucléaire, CNRS-IN2P3, Université Paris-Sud, F-91406 Orsay Cedex, France
| | - R Kunne
- Institut de Physique Nucléaire, CNRS-IN2P3, Université Paris-Sud, F-91406 Orsay Cedex, France
| | - M Morlet
- Institut de Physique Nucléaire, CNRS-IN2P3, Université Paris-Sud, F-91406 Orsay Cedex, France
| | - S Ong
- Institut de Physique Nucléaire, CNRS-IN2P3, Université Paris-Sud, F-91406 Orsay Cedex, France
| | - J van de Wiele
- Institut de Physique Nucléaire, CNRS-IN2P3, Université Paris-Sud, F-91406 Orsay Cedex, France
| | - S Kowalski
- Laboratory for Nuclear Science and Department of Physics, MIT, Cambridge, Massachusetts 02139, USA
| | - Y Prok
- Laboratory for Nuclear Science and Department of Physics, MIT, Cambridge, Massachusetts 02139, USA
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Collapse
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