На данный момент COMPASS-II ― один из ведущих экспериментов по спиновой физике высоких энергий и адронной спектроскопии, который работает на Суперпротонном синхротроне (SPS) в ЦЕРН (Женева). Эксперимент и коллаборация имеют довольно длинную историю. В феврале 1997 г. эксперимент был одобрен в ЦЕРН, а в сентябре 1998 г. был подписан окончательный меморандум о взаимопонимании, в том числе и с ОИЯИ.
Спектрометр был смонтирован в 1999-2000 гг. и введен в эксплуатацию в ходе технического запуска в 2001 г. Летом 2002 г. начался первый набор экспериментальных данных с мюонным пучком и поляризованными мишенями [3].
Экспериментальная программа COMPASS-II, утвержденная в 2010 г., в основном посвящена изучению поперечной и трехмерной структуры нуклонов и реакций Дрелля‒Яна (DY) [4]. Эта программа измерений стартовала в 2012 г. с набора данных по реакциям Примакова и предварительного (пробного) набора данных для исследований глубоконеупругого виртуального рассеяния на мюонном пучке энергией 160 ГэВ и длинной жидкой водородной мишенью. Для этих исследований были созданы два новых детектора: детектор отдачи и электромагнитный калориметр, который был построен в основном группой ОИЯИ.
Физическая программа и результаты экспериментов COMPASS и COMPASS-II являются уникальным примером объединения очень сильно отличающихся исследований: от реакций Примакова до поляризации глюонов. Такой широкий спектр задач требовал новых методов подготовки детекторов установки и мишеней.
Особо стоит отметить пионерские измерения, никогда ранее не выполнявшиеся в других экспериментах: изучение поперечных спиновых распределений в процессах Дрелла‒Яна на пучке отрицательных пионов и c поляризованной протонной мишенью. Эти измерения были успешно выполнены в 2015 г. и продолжены в 2018 г.
Уже первые результаты исследований процессов Дрелла‒Яна показали, что такие измерения являются важнейшей составляющей изучения структуры нуклонов. Дело в том, что партонные распределения, которые измеряются в этих процессах, не «свернуты» с функциями фрагментации, как в полуинклюзивных реакциях. Таким образом, для получения результатов не надо использовать данные других экспериментов, что существенно улучшает систематическую неопределенность в полученных результатах. Также важной особенностью исследований структуры нуклонов на установках COMPASS и COMPASS-II является возможность выполнения измерений процессов Дрелла‒Яна и полуинклюзивных процессов на одном и том же наборе детекторов, что минимизирует систематические неопределенности результатов партонных распределений, измеренных в этих процессах.
Уже первые результаты измерений показали большие возможности установки COMPASS-II по изучению процессов Дрелла‒Яна [6]. Было установлено, что наблюдаемый знак асимметрии Сиверса согласуется с фундаментальным предсказанием КХД о том, что асимметрия Сиверса, извлеченная из данных измерений процессов Дрелла‒Яна, имеет знак, противоположный знаку, извлеченному из данных измерений полуинклюзивного неупругого рассеяния (рис. 3).
Набор экспериментальной статистики был продолжен в 2018 г. В ближайшее время будут представлены первые результаты по этим данным.
Важно отметить, что активно идет анализ неполяризованных экспериментальных данных процессов Дрелла‒Яна. Эти работы имеют 4 основные цели:
- изучение распределений валентных кварков в пионе;
- получение данных по партонному распределению Бура‒Мулдерса;
- проверка соотношения Лама‒Тунга;
- исследование зависимости отношений сечений от ядер различных типов (ЕМС эффект и эффект Кронина).
Последний пункт исследований возможен благодаря использованию сложного абсорбера для поглощения адронного фона в измерениях на COMPASS-II (рис. 4) [6].
Это позволяет получать данные не только на ядре водорода, но и на ядрах алюминия и вольфрама. В обработке экспериментального материала по этим ядрам активно участвуют физики ЛЯП. Важно отметить, что первые теоретические основы измерений процессов Дрелла‒Яна были разработаны физиками ОИЯИ в работе [7]. Развитие теории по этой тематике заложило основы для успешных экспериментальных измерений этих процессов в эксперименте COMPASS-II [4‒6].
Изучение поляризованных процессов Дрелла‒Яна остается важным пунктом научных программ многих экспериментов по физике высоких энергий, в том числе и в эксперименте SPD на коллайдере NICA