通过大动量极限来理解质子自旋结构

Understanding the spin structure of proton is an important goal of hadron physics. Recently the applicant and collaborators showed that the taotal gluon helicity in a polarized proton can be obtained from the large momentum limit of a gauge invariant and time-independent, but non-local, frame-dependent gluon spin, which can be viewed as the gauge invariant part of gluon spin. This opens a door for a non-perturbative calculation of this quantity in lattice QCD, and thereby allows for a comparison with the experimental data. The present project plans to further explore this approach. In this project we will try to provide the necessary inputs required for a direct calculation of parton angular momentum contribution to proton spin. The results will bring new insights into our understanding of proton spin structure and spin sum rule, and justify the free-field expressions for angular momentum in the light-cone gauge as physical observables by establishing the connection between them and the large momentum limit of matrix elements of gauge invariant, frame-dependent angular momentum operators.

理解质子的自旋结构是强子物理的一个重要目标。最近项目申请人与合作者指出极化质子中的总胶子自旋贡献可以通过一个规范不变且不含时，非定域，依赖于参考系的胶子自旋算符矩阵元的大动量极限来得到，该算符可以视为规范粒子自旋中的规范不变部分。这为通过格点量子色动力学来计算质子中的胶子对其自旋贡献提供了一种可行方案，从而为将理论计算结果与实验数据比较提供了可能。本项目计划对该方法进行进一步探讨。在该项目中，我们将试图提供为实现部分子角动量对质子自旋贡献的直接计算所需的输入参量。项目研究成果将为我们对质子自旋结构和自旋求和规则的理解提供新的视角，可能实现将Jaffe-Manohar自旋求和规则中的每一项与规范不变，依赖于参考系的角动量算符矩阵元的大动量极限建立关联，从而为其物理合理性提供依据。

理解质子内部结构是量子色动力学研究的一个重要目标。本项目工作在项目负责人与合作者共同发展的大动量有效理论框架下为理解质子自旋结构提供了新的视角，将Jaffe-Manohar自旋求和规则中的每一项均与规范不变、依赖于参考系的角动量算符矩阵元的大动量极限建立起关联，为其物理合理性提供了依据，同时也为通过格点量子色动力学对其进行理论计算提供了方案。此外，该项目也对大动量有效理论中定义的类部分子分布函数性质进行了深入的研究，证明了其到微扰所有阶的可重整性，并由此出发对质子内部的极化部分子分布函数进行了首次理论直接计算，预言了海夸克味道不对称性的存在。同时，我们也对领头阶扭度的pion介子分布振幅进行了首次理论直接计算。本项目圆满完成了既定目标。