核子自旋物理

1、1核子自旋物理核子自旋物理石宗仁石宗仁中國(guó)原子能科學(xué)研究院中國(guó)原子能科學(xué)研究院2006 10 28 2006 10 28 桂林桂林2報(bào)告內(nèi)容報(bào)告內(nèi)容 核子自旋物理的熱點(diǎn)核子自旋物理的熱點(diǎn) 部分子的分布函數(shù)部分子的分布函數(shù) 測(cè)量進(jìn)展測(cè)量進(jìn)展 實(shí)驗(yàn)室及測(cè)量方法實(shí)驗(yàn)室及測(cè)量方法 未來(lái)的加速器和探測(cè)器未來(lái)的加速器和探測(cè)器31. 1. 核子自旋物理的熱點(diǎn)核子自旋物理的熱點(diǎn) 核子自旋的來(lái)源膠子核子自旋的來(lái)源膠子和軌道角動(dòng)量和軌道角動(dòng)量OAMOAM， flavorflavor分解分解等，等， 橫向性的分布函數(shù)橫向性的分布函數(shù)h h1 1,Chiral odd,Chiral odd,相對(duì)論相對(duì)論效應(yīng)效應(yīng). .

2、 T-OddT-Odd的與橫動(dòng)量和自旋相關(guān)的分布和碎的與橫動(dòng)量和自旋相關(guān)的分布和碎裂函數(shù)裂函數(shù) 一般化的部分子的分布函數(shù)一般化的部分子的分布函數(shù)GPDGPD4目的與方法目的與方法 核子是如何由夸克和膠子組成的核子是如何由夸克和膠子組成的? 非微擾非微擾QCD. 硬過(guò)程硬過(guò)程,因子化定理因子化定理,特別是含橫動(dòng)量特別是含橫動(dòng)量的因子化定理的因子化定理. 極化實(shí)驗(yàn)極化實(shí)驗(yàn).5部分子的分布函數(shù)部分子的分布函數(shù)算符算符 在硬反應(yīng)在硬反應(yīng)(hard reaction)中，夸克場(chǎng)算符中，夸克場(chǎng)算符為為 O(x) dz-exp(xP+z-) q(-z/2) iW-z/2,z/2q(z/2)|z+=0,z=0

3、， i= +, + 5, +j 5， W-z/2,z/2=Pexp(-ig ds z A (sz), 光錐條件。光錐條件。6矩陣元矩陣元 Fi(x, ,t)= dz-/4 exp(xP+z-) p,s q(z/2) iWq(z/2) p,s ， 按矢量，軸矢量和張量展開(kāi)，按矢量，軸矢量和張量展開(kāi)， 系數(shù)是非微擾系數(shù)是非微擾QCD的分布函的分布函數(shù)數(shù)7矩陣元矩陣元 彈散：局部，彈散：局部，z=0，p p，形狀因子。形狀因子。 DIS：非局部，：非局部，z 0，p=p，PDF。 DEP：非局部，：非局部，z 0，p p，GPD 。8DIS-部分子的分布函數(shù)部分子的分布函數(shù) T-even, fT-e

4、ven, f1 1, g, g1 1, ,h h1 1。 T-evenT-even，g g 1T1T, h, h 1L1L, h, h 1T1T。 T-odd, T-odd, f f 1T1T, , h h 1U1U。 夸克強(qiáng)子化對(duì)應(yīng)八個(gè)碎裂函數(shù)夸克強(qiáng)子化對(duì)應(yīng)八個(gè)碎裂函數(shù). .9橫動(dòng)量和自旋相關(guān)的橫動(dòng)量和自旋相關(guān)的T-oddT-odd A A* *i i= -A= -Ai i 稱稱T-odd.T-odd. ChiralChiral-odd: -odd: h h 1 1,H,H 1 1; ; ChiralChiral-even: -even: f f 1 1,D,D 1T1T. . h h 1

5、1=h=hq q /p/p(x,k(x,kT T)-h)-hq q /p/p(x,k(x,kT T) )10橫向單自旋不對(duì)稱橫向單自旋不對(duì)稱 在在DIS中中,單光子交換，時(shí)間和單光子交換，時(shí)間和宇稱守恒宇稱守恒,SSA=0. 雙光子交換雙光子交換SSA0. 時(shí)間反演奇的關(guān)聯(lián)時(shí)間反演奇的關(guān)聯(lián) S P k k 11橫向單自旋不對(duì)稱橫向單自旋不對(duì)稱 ppX， ppX， lpX.12坐標(biāo)系和方位角坐標(biāo)系和方位角13GPD +, H (x, ,t) ,E (x, ,t)； + 5, H (x, ,t), E (x, ,t)； +j , HT (x, ,t) , ET (x, ,t) , HT (x, ,

6、t) ET (x, ,t)。chiral-odd14Twist-two T-evenTwist-two T-even圖形圖形 橫動(dòng)量積分。橫動(dòng)量積分。15SiversSivers Function f Function f 1T1T 19901990年年D.SiversD.Sivers 引出的引出的. . s sT T,k,kT T分別是質(zhì)子和夸克的橫向自分別是質(zhì)子和夸克的橫向自旋和動(dòng)量旋和動(dòng)量16Collins Function HCollins Function H 1 1P Ph h p pq q k kT T/| p/| pq q k kT T |= |= P Ph hsinsin c

7、 c. .19931993年年J.C.CollinsJ.C.Collins 引出的引出的, ,s sT T,k,kT T分別是夸克和強(qiáng)子的橫向自旋和動(dòng)量分別是夸克和強(qiáng)子的橫向自旋和動(dòng)量hep-ph/0408124hep-ph/0408124夸克自旋如何轉(zhuǎn)換成角動(dòng)量？夸克自旋如何轉(zhuǎn)換成角動(dòng)量？17方位角單自旋不對(duì)稱方位角單自旋不對(duì)稱 epepe e x x, , A A |S|ST T| | sin(sin( + + S S) ) e e2 2q qh h1 1(x)H(x)H 1 1(z(z) )+ + sin(sin( - - S S) ) e e2 2q qf f 1T1T(x)D(x)D

8、1 1(z)(z) . .18h h 1 1 Boer-Mulders,intrinsicBoer-Mulders,intrinsic handedness. handedness. - -NN + + - -X, X, d d 1+1+ coscos2 2 + + sinsin2 2 cos cos + + sinsin2 2 cos2cos2 /2/2, , h h1 1 h h N N1 119測(cè)量進(jìn)展測(cè)量進(jìn)展- gp120測(cè)量進(jìn)展測(cè)量進(jìn)展- gd121 在在Q2.0GeV2, =0.250.02, s+s 0.22 G G =0.40.2 x 0.1, G0.23 GLarge x,2

9、4iversAIP792p38Ryckbosch25CollinsAIP792p38Ryckbosch26pphXppXppKX27ppX28軌道角動(dòng)量軌道角動(dòng)量 DVCS AUT Sin( - s)cos 294. 4. 實(shí)驗(yàn)室及測(cè)量方法實(shí)驗(yàn)室及測(cè)量方法 HERMESHERMES, E, Ee e=27.5GeV, SIDIS. eN=27.5GeV, SIDIS. eNhxhx, , G,G, h h1 1,q,qf f1.1. COMPASSCOMPASS, E, E =160GeV,=160GeV, p pd d- -d d+ +x x. . G,G, h h1 1,q,qs s1 1

10、. . JLABJLAB, eN, eNhxhx, Large x, DVCS., Large x, DVCS. RHICRHIC, , s=200GeV, pps=200GeV, ppllx, ppllx, ppx, x, ppppx, ppx, ppWxWx. . G,G, h h1 1,q,qf f1 1. .30實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室 SLACSLAC, E, E =5-40GeV,=5-40GeV, E161, E161, p ph h hX,hX, G;G; E159, E159, N NX X, , N;N; E158, e E158, e- - e e- -e e- -e e- -, s

11、in, sin w w. . IHEPIHEP的的PROZA,PROZA, Protvino,70GeV. Protvino,70GeV. GSI-HESR-PAX GSI-HESR-PAX (Polarized Antiproton (Polarized Antiproton eXperimenteXperiment, , p p p p. .31實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室 MAINZ MAMIMAINZ MAMI, , EeEe=0.85GeV=0.85GeV BONN ELSABONN ELSA, Ee, Ee=3.5GeV=3.5GeV MIT BASTMIT BAST， EeEe=1.0GeV=1

12、.0GeV ESRF GRAALESRF GRAAL, , E E =0.5-1.5GeV=0.5-1.5GeV SPRING-8SPRING-8, E, E =1.5-3.5GeV=1.5-3.5GeV BNL LEGSBNL LEGS, E, E =0.2-0.47GeV=0.2-0.47GeV32空間分辨率空間分辨率探針的波長(zhǎng)同探測(cè)區(qū)域的關(guān)系探針的波長(zhǎng)同探測(cè)區(qū)域的關(guān)系1.5/Q, Q1.5/Q, Q決定了探?jīng)Q定了探測(cè)的空間分辨率，及分布函數(shù)的測(cè)的空間分辨率，及分布函數(shù)的Q Q相關(guān)性相關(guān)性 and and its evolution with its evolution with Q Q

13、；33運(yùn)動(dòng)學(xué)的區(qū)域運(yùn)動(dòng)學(xué)的區(qū)域 X and Q234各種反應(yīng)和觀測(cè)量各種反應(yīng)和觀測(cè)量lhlhllh h, ,彈彈性散射彈彈性散射，類空的形狀因子，類空的形狀因子lhlhllX X, DIS, DIS, , 夸克分布函數(shù)夸克分布函數(shù)lhlhllhXhX, SIDIS, SIDIS, , 夸克分布和碎裂函數(shù)夸克分布和碎裂函數(shù)e e+ +e e- -hh h h, ,類時(shí)形狀因子，碎裂函數(shù)類時(shí)形狀因子，碎裂函數(shù)e e+ +e e- -hhX X, , 碎裂函數(shù)，碎裂函數(shù)，h h1 1h h2 2 + + - -X, DY,X, DY, 夸克分布函數(shù)夸克分布函數(shù)35基本的相互作用基本的相互作用 DIS

14、,SIDIS, DIS,SIDIS, * *q qqq, , DY, DY, qqqq* *, , e e+ +e e- -, , * *qqqq, , QCD Compton, QCD Compton, gqgqq q , , -gluon fusion, -gluon fusion, g g * *qqqq, , qqqq qqqq et al. et al.36SIDIS SIDIS37極化實(shí)驗(yàn)極化實(shí)驗(yàn) 束，靶的極化和出射粒子的極化測(cè)量能構(gòu)束，靶的極化和出射粒子的極化測(cè)量能構(gòu)成成單，雙和叁重單，雙和叁重等的極化實(shí)驗(yàn)。氣體，固等的極化實(shí)驗(yàn)。氣體，固體極化靶。自旋觀測(cè)量：體極化靶。自旋觀測(cè)量

15、： 單極化不對(duì)稱，單極化不對(duì)稱，A AN N=(=( - - )/ ()/ ( + + ) )， 雙極化不對(duì)稱，雙極化不對(duì)稱， A ANNNN=(=( +- - +)/ ()/ ( + + +) )。38RHIC and neutrino factory G, a0 and a8, Light quark flavor. s and s.395 5 未來(lái)的加速器和探測(cè)器未來(lái)的加速器和探測(cè)器 單舉實(shí)驗(yàn)，單舉實(shí)驗(yàn)，E Ee e=50-100GeV=50-100GeV，10103535cmcm- -2 2s s-1-1； 遍舉實(shí)驗(yàn)，遍舉實(shí)驗(yàn)，E Ee e=25-50GeV=25-50GeV，占空因子，占空因子10%10%，照度，照度10103535cmcm-2-2s s-1-1； 高計(jì)數(shù)率和高質(zhì)量分辨的大接收度高計(jì)數(shù)率和高質(zhì)量分辨的大接收度（4 4 ）譜儀和電子學(xué)。