准弹性散射与核子间短程关联的研究

摘要

原子核物理是近百年来的一个研究热点，原子核内部的结构一直为人们所探寻。随着加速器能力的提高，高能电磁探针赋予我们新的方法探索原子核的结构。布鲁克海文国家实验室进行质子与原子核遍举碰撞实验时发现末态观测到的大动量出射的质子和中子有着很强的方向关联，这种在准弹性散射区域发现的新现象称为核子间的短程关联。核子（中子和质子）在原子核内部束缚成很强的排斥核，核子的波函数相互叠加，使得它们之间形成很强的排斥势。在电子发射的虚光子干扰下，形成的排斥核被打破并伴随着击出两个方向关联的高动量粒子。斯坦福线形加速器中心在分析其单举实验数据时，发现在双核子击出区域散射截面的比值呈现出一个平台。物理学家们试图用以往的效应解释这个平台，但只有短程关联符合产生这个平台的原因，故这个平台成为了衡量短程关联强度的标度。短程关联证实了原子核内部存在短程相互作用，研究短程关联有利于原子核物理的发展。不幸的是，传统上求解原子核问题的平均场理论忽略了核子间的短程相互作用，这使得在平均场理论中无法得到短程关联效应。因此我们需要一套新的理论研究它的特性和起因。
　　在本篇论文中，我们首先回顾了近年来短程关联实验和理论的发展。遍举碰撞和单举碰撞实验分别给出短程关联效应存在的依据。末态核子的“高动量”出射、末态两个核子的“强关联”和双核子击出散射截面比出现“平台”都是已有的原子核理论无法解释的实验现象。为了从理论上研究核子间的短程关联。一方面，物理学家们对平均场理论进行修正：对动量谱函数引进关联修正谱函数和对平均场波函数进行关联修正，但是这些修正只能解释部分实验现象。另一方面，物理学家们寻找一个标度，例如核密度、质量数以及其他核效应(EMC效应)，来衡量短程关联，使得在这个标度的产生原因中解释短程关联效应。其次，本文试图寻找一个标度衡量短程关联。短程关联是由原子核内核子间的短程相互作用引起的，而这些相互作用最直接的表现形式就是原子核结合能。我们根据这一逻辑研究短程关联与原子核结合能的关系，但是结果并没有呈现出强的线性关联。这使得我们需要进一步研究原子核结合能的成分并去除对短程关联没有贡献的项。事实上，我们发现短程关联与配对能修正的结合能有很强的线性关联，而配对能是平均效应引起的结合能能量差效应。因此在本文中我们给出了一个新标度（配对能修正的平均结合能）在解释相关实验结果基础上来描述短程关联，并且给出了预言短程关联效应的经验公式。第三，我们应用这个经验公式描述xB>1.3和 Q2>2 GeV2区域的电子原子核准弹性散射实验。由于氘核的结合能远小于质量，氘核内的核子可以认为是在壳的粒子，再根据平面波脉冲近似计算电子与氘核准弹性散射截面。为了得到电子与原子核的散射截面，我们可以将原子核看成由类氘核的p-n对组成，再通过短程关联强度对原子核中的关联对进行修正，从而得到考虑短程关联效应的电子和原子核散射截面，这与现有的实验结果符合的很好。最后，对本文工作进行简短总结并对短程关联效应的研究进行展望。

目录

声明

符号列表

第一章引言

1.1原子核理论的发展

1 . 2部分子模型与Bjorken变量

1.3非弹性散射

1.4研究的意义与内容

第二章核子间短程关联实验及其依据

2.1 B N L和 JLab遍举实验

2.2 S L A C与JLab实验室的单举实验

2.3 JLab的新单举实验

第三章核子-核子短程关联的理论研究进展

3.1平均场理论下的核子-核子短程关联

3.2核子-核子短程关联与E M C 效应的关系研究

3.3核子-核子短程关联与原子核密度、质量数的关系研究

第四章核子-核子短程关联与原子核结合能关系的唯象模型及其应用

4.1核子-核子短程关联与原子核结合能唯象模型

4.2预言原子核准弹性散射截面

4.3数值结果与讨论

第五章总结与展望

附录A —些公式的推导

A.1 散射截面公式推导

A.2 PWIA公式推导

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与科研成果

致谢