The Proton Spin Structure Function $g_2$ and Generalized Polarizabilities in the Strong QCD Regime
D. Ruth
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R. Zielinski
,
C. Gu
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M. Allada
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T. Badman
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M. Huang
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J. Liu
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P. Zhu
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K. Allada
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J. Zhang
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A. Camsonne
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J.P. Chen
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K. Slifer
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K. Aniol
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J. Annand
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J. Arrington
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T. Averett
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H. Baghdasaryan
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V. Bellini
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W. Boeglin
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J. Brock
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C. Carlin
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C. Chen
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E. Cisbani
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D. Crabb
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A. Daniel
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D. Day
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R. Duve
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L. Fassi El
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M. Friedman
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E. Fuchey
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H. Gao
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R. Gilman
,
S. Glamazdin
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P. Gueye
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M. Hafez
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Y. Han
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O. Hansen
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M. Hashemi Shabestari
,
O. Hen
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D. Higinbotham
,
T. Horn
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S. Iqbal
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E. Jensen
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H. Kang
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C.D. Keith
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A. Kelleher
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D. Keller
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H. Khanal
,
I. Korover
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G. Kumbartzki
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W. Li
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J. Lichtenstadt
,
R. Lindgren
,
E. Long
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S. Malace
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P. Markowitz
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J. Maxwell
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D.M. Meekins
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Z.E. Meziani
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C. Mclean
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R. Michaels
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M. Mihovilovic
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N. Muangma
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C. Munoz Camacho
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J. Musson
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K. Myers
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Y. Oh
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M. Pannunzio Carmignotto
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C. Perdrisat
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S. Phillips
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E. Piasetzky
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J. Pierce
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V. Punjabi
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Y. Qiang
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P.E. Reimer
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Y. Roblin
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G. Ron
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O. Rondon
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G. Russo
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K. Saenboonruang
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B. Sawatzky
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Résumé
The strong interaction is not well understood at low energy, or for interactions with low momentum transfer $Q^2$, but one of the clearest insights we have comes from Chiral Perturbation Theory ($\chi$PT). This effective treatment gives testable predictions for the nucleonic generalized polarizabilities -- fundamental quantities describing the nucleon's response to an external field. We have measured the proton's generalized spin polarizabilities in the region where $\chi$PT is expected to be valid. Our results include the first ever data for the transverse-longitudinal spin polarizability $\delta_{LT}$, and also extend the coverage of the polarizability $\bar{d_2}$ to very low $Q^2$ for the first time. These results were extracted from moments of the structure function $g_2$, a quantity which characterizes the internal spin structure of the proton. Our experiment ran at Jefferson Lab using a polarized electron beam and a polarized solid ammonia (NH$_3$) target. The $\delta_{LT}$ polarizability has remained a challenging quantity for $\chi$PT to reproduce, despite its reduced sensitivity to higher resonance contributions; recent competing calculations still disagree with each other and also diverge from the measured neutron data at very low $Q^2$. Our proton results provide discriminating power between existing calculations, and will help provide a better understanding of this strong QCD regime.