核子结构与高能反应过程的自旋效应

对核子结构的研究，不仅可以使我们对高能反应过程进行正确的描述与可靠的预言，而且可以为检验和发展QCD提供很好的平台。实验与理论研究的进展，使目前研究的前沿由单举轻子深度非弹(DIS)和Drell- Yan等过程深入到相应的半单举过程，对核子结构的认识也由简单的部分子分布函数深入到更加丰富多彩的部分子关联函数，特别是高扭度(higher twist)关联函数，因其对半单举过程中自旋不对称的关键作用而成为目前人们关注的重要前沿。通过这些研究期望对核子结构得到更完善的描述，对与核子有关的高能反应给出更准确和更可靠的预言。本项目的目标就是将共线展开应用到半单举DIS和Drell- Yan等过程、建立高能半单举反应过程自旋不对称与部分子关联函数的关系、发展用唯象方法确定以及由强子结构模型计算这些higher twist关联函数的方法并给出相应的数值结果、深入探讨它们之间的关系与物理意义等。

项目执行过程中，把重点集中在共线展开形式下，ep→eqX过程微分截面以及相应各种不对称与部分子关联函数的关系、领头扭度关联函数的唯象学以及对胶子自旋与轨道角动量的构造方案等方面；同时还注意到，对碎裂函数的研究可以与分布函数研究平行进行并互相推动，将共线展开应用到e+e-湮灭，建立相应理论框架，为三维碎裂函数的研究打下良好的基础。主要成果如下。.（一）首次系统证明了，共线展开可以应用到所有的有一个强子参与的高能反应过程，包括半单举DIS过程ep→eqX、单举e+e-湮灭e-e+→hX、半单举e+e-湮灭e-e+→hqX等。建立起QCD领头近似下系统描述这些过程的包括领头和各阶高扭度贡献的理论框架，将微分截面表示为可微扰计算的硬散射部分与描述强子结构和强子化的规范不变的夸克－夸克关联子的卷积。并对相应过程的微分散射截面进行了全面系统的计算，在各类不同极化的情形下，全部计算到扭度 3，对非极化DIS和单举e+e-湮灭，还首次计算到扭度 4。另外，作为共线展开应用一个自然的推论，对三维部分子分布与关联函数的核依赖性进行了研究，明确给出原子核过程横动量展宽的来源，并做数值估算。.（二）利用QCD运动方程研究了扭度 3关联函数之间的关系，得出了一系列关系式，对简化计算以及相关的理论与实验研究起到重要作用。基于原来提出的把QCD总角动量完整分解为规范不变的夸克与胶子的自旋与轨道角动量的方法，对胶子自旋进行了系统研究，发现传统的在光锥规范中定义的“胶子极化”Δg和只包含物理自由度的“胶子自旋”Sg有很大差别，Sg只是Δg的5/9。证明了核子自旋与动量的规范无关分解符合Leader生成元判据。指出极化时能量-动量张量不对称的实验证据和进一步检验的方法。研究了规范场角动量分解的规范相关性与唯一性等。.（三）发现“麻花度”对于理解夸克轨道角动量有很大的益处，提出在Drell-Yan过程中进行研究，研究了利用Tevatron现有数据来研究的可行性并对利用LHC的质子束轰击固定靶的实验作了估算。在光锥夸克双夸克模型中计算了 “横纵度”和“纵横度” 以及半单举DIS和Drell-Yan过程中相关的不对称度。在MIT口袋模型下计算了pion介子的Boer-Mulders函数。在光锥夸克双夸克模型下对夸克到Lambda超子碎裂过程进行了研究等等。得到的唯象结果尤其是可以对相关实验研究提供重要指导.