量子色动力学因子化前沿问题以及自旋物理的研究

The study of single spin asymmetry in high energy scattering ,where an initial hadron is transversely polarized, plays an important role in exloring the inner structure of hadrons and understanding QCD. Experimentally, the asymmetry in various processes is and will be studied by several experimental groups, like those at RHIC and J-Lab, Compass and Hermes . Theoretically, based on the consept of QCD factorization, the assymmetry can be predicted. The spin dependent part of the differential cross section can be factorized with twist-3 matrix elements of the transversely polarized hadron. We propose to study multi-parton scattering, where there are more than two partons in the initial state. Through such a study we can get the consistent factorization for the asymmetry in various processes. The method we use to study the factorization does not like the one existing in the literature, the method of diagram expansion at hadron level. With the existing method one may obtain inconsistent results, e.g., the evolution of the twist-3 elements. We hope through our study that we can perform factorization of single spin asymmetry consistenly and solve discrepancies in existing results.

在横向极化的初态强子的散射中，会形成单自旋不对称性。研究此类不对称性对探索强子内部结构和理解量子色动力学是十分重要的。在实验合作组利用大型实验装置的实验研究计划中，都把研究单自旋不对称性做为一个重要的研究课题，如：美国的RHIC, J-Lab, 欧洲的Hermes合作组以及Compass合作组等。理论上，借助量子色动力学因子化，人们可以预言单自旋不对称性，其中，横向极化强子的非微扰效应可由twist-3算符矩阵元表示。我们提议开展对多重部分子散射的研究。在此种散射中初态包含的部分子数目大于2。通过该研究我们可以得到自恰的单自旋不对称性的因子化结果。我们的方法不同于文献上的强子层次上图形展开方法。利用该方法有可能得到不自恰的结果，例如，twist-3算符的演化方程。我们将用我们的方法得到twist-3因子化自恰的结果并澄清已有的不自恰。

在本项目的资助下，我们主要对如何自洽地运用量子色动力学微扰论去得到对高能散射的理论预言开展了研究工作。我们对高能强子对撞中重夸克偶素产生过程的依赖横向动量因子化问题开展了系列研究，论证了当重夸克偶素量子数为1S0时因子化的成立，指出了在该因子化中微扰论系数只有一个，并得到了该系数的单圈结果。这一结果对利用该过程通过实验得到强子中胶子的三维分布给出了理论依据。同时我们也给出了当产生的是P波重夸克偶素时，依赖横向动量的因子化在两圈或更高阶微扰论展开中并不成立的证明。在对于和单自旋不对称性相关的twist-3共线因子化的研究中，我们得到半深度非弹过程和Drell-Yan过程中强子张量的完整的twist-3贡献，论证了这些贡献的规范不变性。这些工作对系统构造与单自旋不对称性有关的实验观察量以及开展twist-3贡献的高阶修正有重要意义。我们论证了在任意极化的Drell-Yan过程中领头幂次阶24个结构函数的依赖横向动量的因子化，发现所有的微扰效应可以由一个微扰论系数刻画。另外，我们还研究得到了twist-3手征性为奇的碎裂函数的重整化标度演化方程。在本项目资助下得到这些研究成果对通过高能散射去探索强子内部结构有着重要意义。