强子结构与共线高扭曲度因子化在高能反应中的应用

摘要

本篇论文致力于从高能反应过程自旋与核效应出发研究核子以及原子核的内部结构，运用的理论工具是基于共线因子化的高扭度展开方法。高能反应是我们研究强子结构与强相互作用性质和发展QCD可靠计算方法的重要场所，自旋与核效应则是进行这类研究的重要手段。本文的主要工作集中在轻子-核子或原子核深度非弹性散射过程以及pp对撞中的轻子对产生等过程几个相关前沿课题的研究上。 当前，随着实验与理论研究的发展，人们对高能反应及强子结构的研究深入到高扭曲度效应和部分子关联函数方面。在高扭度共线因子化框架内，高能反应的微分截面可以被因子化为微扰可算得部分子硬散射截面卷积一个普适的非微扰共线扭度-3和扭度-4部分子关联函数的形式。利用这一方法，本文进行了如下几方面的工作： 1）研究了pp对撞重夸克对产生过程中由于初/末态相互作用而导致的单自旋不对称效应。由于所携带的色荷不同，重夸克和反重夸克经受了不同强度的末态重散射，这导致了重夸克的单自旋不对称在低能pp碰撞价夸克区是反重夸克的三倍。有关这个模型独立预言的实验研究将提供单自旋不对称潜在物理机制的关键检验。 2）在共线twist-3框架内研究了非极化semi-inclusive DIS和PP对掩过程中产生超子的横向极化问题。进一步地，我们将SIDIS中的共线twist-3结果和横动量依赖因子化方法作比较，发现这两种方法在中等横动量区域是自恰的，描述了相同的物理。 3）研究了非极化Drell-Yan过程中轻子对cos（2φ）方位角不对称问题。我们的计算表明，在中等横动量区，来自非极化核子的夸克-胶子关联矩阵元的贡献是主要的，并非通常想象的那样在小q⊥区是阶q⊥/Q压低的，这里q⊥是轻子对横动量，Q是轻子对质量。因此，相应的Lam-Tung关系在中等横动量区域也会被破坏。同时，我们也在共线higher twist框架内研究了极化Drell-Yan过程中的轻子对角分布问题。通过将这个结果延拓到中等横动量区，我们再一次确证共线higher twist方法和TMD因子化方法在中等横动量区是自恰的，给出相同的物理结果。 4）导出了twist-3夸克-胶子关联函数的QCD标度演化方程。这些twist-3夸克-胶子关联函数可以和k⊥-odd TMD分布函数的一阶矩联系起来。结果表明这些关联函数的演化不是闭合的，演化核中包含了除它们自身之外更普遍的twist-3关联函数。 5）证明了规范不变的TMD分布函数可以表示成包含了输运算子的一系列higher twist共线关联部分子函数求和形式。从这样一个普遍的形式出发，我们导出了横动量分布的核展宽效应。采用最大两胶子关联近似，原子核中的TMD部分子分布函数可以表示成一个高斯分布卷积一个核子中TMD部分子分布的形式。 6）在推广的处理原子核中部分子多重散射的共线因子化框架内，深度轻子-原子核非弹散射的twist-4贡献可以因子化为硬部分和两部分子关联矩阵元卷积的形式，但相关硬部分的汁算公式在光锥规范和协变规范下是完全不同的。本文中我们给出一个两种规范下硬部分计算等价性的一个所有阶的普遍证明。我们进一步在次领头阶用semi-inclusive DIS过程做为例子展示了这个等价性。

目录

文摘

英文文摘

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第1章引言

1.1强子结构和量子色动力学

1.2 共线因子化和部分子分布函数

1.3共线高扭度展开和部分子关联函数

1.4本文主要内容和安排

第2章强子结构和高能反应的QCD理论描述

2.1共线因子化和leading twist部分子分布函数

2.2部分子模型的阶修正和twist-3关联函数

2.3横动量依赖因子化和横动量依赖部分子分布函数

2.4横动量依赖分布函数和twist-3关联函数之间的关系

第3章高能对撞中的单自旋不对称

3.1重夸克和反重夸克产生过程中的单自旋不对称

3.2非极化散射中的超子极化

3.3 Drell-Yan过程中的轻子方位角不对称分布

3.4高扭度部分子关联函数的标度演化

第4章高能反应中的核效应

4.1 Higher twist展开方法在核物理中的应用：能量损失和横动量拓宽效应

4.2 TMD分布函数和介质中的jet输运

4.3原子核中的多重部分子散射：规范不变性

第5章总结与展望

参考文献

致谢

完成论文

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