高能散射中的Λ超子极化效应的研究

论文摘要

强子自旋结构的研究一直是粒子物理学中一个非常重要的课题。近几十年来,高能物理实验中测量到一系列与强子自旋相关的物理量。特别是在p+p→Λ+X过程中,人们观测到末态Λ超子有显著极化效应,尽管初态的强子都是非极化的。而传统理论预期末态Λ超子的平均极化应该为零。这一意外的自旋效应吸引了许多理论研究和唯像学分析,旨在理解Λ超子极化背后的碎裂机制。从量子色动力学（QCD）的基本原理出发去理解Λ超子极化背后的碎裂机制也成为强子物理学的一个前沿课题。因为夸克碎裂过程是一个典型的强子化过程,涉及的能标为强子能标,所以无法用微扰QCD直接计算这样的过程。为了最大程度地在涉及强子的高能过程中利用QCD,人们发展了QCD的因子化定理。在此框架下,强子参与高能反应过程的微分截面可以被分成两部分,一部分是可通过微扰QCD计算的包含大动量转移的硬散射过程,另一部分则是包含强子内部结构或末态碎裂区域的强子化信息的非微扰部分。后者对应于强子的部分子分布函数或碎裂函数,它们可以通过实验测量被唯象地抽取出来,并且它们随能标的依赖由QCD的演化方程所决定。分布函数和碎裂函数都是强子参与的高能散射过程的重要输入量。相对于分布函数而言,碎裂函数的理论研究和实验测量都比较少,特别是极化的碎裂函数还知之甚少。因此,当前迫切需要对它们进行研究。本学位论文将从理论和唯象的角度研究极化的碎裂函数。论文主要考虑末态为自旋21的强子（例如Λ超子）的碎裂过程,并以半单举深度非弹性散射（SIDIS）过程和正负电子湮灭反应过程的Λ超子产生为主线,运用旁观者模型对高能反应中横向极化碎裂函数进行模型研究。除此以外,论文也对Λ超子的电磁形状因子进行了探讨。具体工作内容如下:一、我们以自旋为0的π介子碎裂函数为例,运用旁观夸克模型对两个扭度为3且时间反演为奇的碎裂函数G⊥和?G⊥进行了模型计算,并给出了相应的数值结果。利用之前研究中给出的Collins碎裂函数的结果,检验了它们之间由运动方程联系起来的关系式。特别地,碎裂函数?G⊥来源于夸克-胶子-夸克关联,通过与非极化分布函数f1和纵向极化分布函数g1的耦合,可以在极化束流和极化靶的SIDIS过程中贡献AULsinφ和ALUsinφ不对称度,其中φ为末态强子的方位角。我们的模型计算也表明,G⊥和?G⊥的大小是可观的,因此,在AULsinφ和ALUsinφ不对称度的唯象研究中,有必要考虑它们的效应。二、我们研究了非极化轻子撞击非极化核子的SIDIS过程中极化Λ超子产生过程:l+N-→l′+Λ+X。在横动量依赖的因子化框架下,结合部分子模型,给出了该过程到次领头扭度阶的微分散射截面的形式。其中包含十二个非零的结构函数,六个是由扭度为2和扭度为3的分布、碎裂函数的卷积而成的扭度为3阶的极化结构函数。我们对时间反演为奇的碎裂函数的贡献进行了讨论。我们的研究对实验上通过l+N-→l′+Λ+X过程探测Λ超子的碎裂机制和极化现象奠定了理论基础。三、我们利用旁观双夸克模型,计算了横极化依赖且为T-odd的Λ超子碎裂函数D⊥1T和H1⊥。利用D⊥1T预言了SIDIS过程中Λ超子产生的横向极化度,并对正负电子湮灭中Λ超子单举产生的横向极化度进行了计算。结果表明这两个过程的极化度符号为负,且其大小随着末态强子动量分数z的增大而增大。然后运用Λ超子和π介子的Collins碎裂函数H1⊥,预言了正负电子对湮灭过程中e+e-→ΛˉΛX和e+e-→ΛπX的散射过程的方位角不对称度A12。在这个过程中,我们考虑了QCD演化效应对碎裂函数的影响,并且演化效应会对实验测量的不对称度产生显著的影响。我们的结果表明,在Belle和BABAR实验的运动学范围下,不对称度的大小是明显的,因而有望通过实验被测量到。利用旁观双夸克模型,我们也计算了扭度为3的分布函数h,f⊥和g⊥,以及扭度为2的碎裂函数H1和G1T,并探讨了它们在JLab和COMPASS运动学区域对极化质子和Λ超子产生中的不对称度AUUsinTφSh的贡献。预测结果表明,横向极化质子的不对称度在JLab和COMPASS上是可观的,而横向极化Λ超子的不对称度则较小。四、我们应用两种模型对e+e-→ΛˉΛ反应中的Λ超子的类时电磁形状因子进行分析。一个是pQCD启发的参数化,另一个是修改的矢量介子（VMD）模型。对电磁形状因子的研究可以帮助我们获得关于Λ超子内部电荷和磁矩分布的信息。在矢量介子模型中,我们通过考虑来自于矢量介子激发态的贡献,很好地描述了实验上测量到的Λ超子电磁形状因子的实验数据。

论文目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 高能反应中的末态极化Λ超子

1.2 电磁形状因子

1.3 本文主要内容安排

第二章高能散射过程的物理概念

2.1 半单举深度非弹性散射过程

2.2 夸克关联函数

2.3 分布函数与碎裂函数

2.3.1 分布函数和几率解释

2.3.2 碎裂函数

2.4 SIDIS过程中的散射截面和不对称度的定义

2.5 正负电子对湮灭过程中的散射截面

2.6 本章小结

⊥ 和 ?G^⊥ 的研究'>第三章旁观夸克模型中对twist-3 的T-odd碎裂函数G^⊥ 和 ?G^⊥的研究

⊥和（?）^⊥'> 3.1 模型计算G^⊥和（?）^⊥

3.2 数值结果

3.3 本章小结

第四章在非极化核子靶的半单举深度非弹性散射中极化Λ超子的产生

4.1 轻子强子张量的计算框架

4.2 结构函数的结果

4.3 本章小结

第五章在旁观双夸克模型中对Λ超子产生的研究

5.1 非极化夸克到横向极化Λ超子产生的研究

5.1.1 在旁观双夸克模型中计算Λ超子的非极化和纵向极化碎裂函数

1T^⊥和极化度PT'> 5.1.2 模型计算T-odd碎裂函数D_1T^⊥和极化度PT

+e^-→Λ（?）X和e⁺e^-→ΛπX过程中的双Collins效应的研究'> 5.2 e⁺e^-→Λ（?）X和e⁺e^-→ΛπX过程中的双Collins效应的研究

5.2.1 模型计算Λ超子的Collins函数

+e^-湮灭过程中的不对称度'> 5.2.2 e⁺e^-湮灭过程中的不对称度

5.3 本章小结

第六章 SIDIS过程中产生的次领头扭度横向极化质子和Λ超子产生的单自旋不对称度

6.1 对扭度为3的分布函数的模型计算

6.2 TMD的碎裂函数的模型计算

6.3 在运动学的条件下横向极化质子和Λ超子产生的SSA预测

6.3.1 不对称度在JLab和COMPASS运动学区域的情况

6.4 本章小结

+e^- →（?）Λ中类时电磁形状因子的研究'>第七章 e⁺e^-→（?）Λ中类时电磁形状因子的研究

7.1 参数化中的类时电磁形状因子

+e^- → ˉΛΛ过程的基本公式'> 7.1.1 遍举e⁺e^- → ˉΛΛ过程的基本公式

7.1.2 类时电磁形状因子的参数化

7.2 在VMD模型下的研究Λ的电磁形状因子

7.2.1 在VMD模型中的Λ超子电磁形状因子的形式

7.2.2 拟合类时形状因子以及相关物理量的数值计算

7.3 本章小结

第八章总结与展望

参考文献

致谢

附录A 光锥矢量

附录B Dirac矩阵

附录C QCD演化函数

1（x）的LO演化核'> C.1 非极化分布函数f₁（x）的LO演化核

C.2 +函数

作者攻读博士学位期间的研究成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 杨永亮

导师: 吕准

关键词: 碎裂函数,极化超子,旁观夸克模型,单自旋不对称度,电磁形状因子

来源: 东南大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 东南大学

基金: 江苏省普通高校科研创新计划项目(KYCX17_0043),东南大学优秀博士学位论文基金项目(YBJJ1770)

分类号: O572.2

DOI: 10.27014/d.cnki.gdnau.2019.000310

总页数: 133

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高能散射中的Λ超子极化效应的研究

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