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原子能科學(xué)研究院中國原子能科學(xué)研究院2006 10 28 2006 10 28 桂林桂林2報告內(nèi)容報告內(nèi)容 核子自旋物理的熱點核子自旋物理的熱點 部分子的分布函數(shù)部分子的分布函數(shù) 測量進(jìn)展測量進(jìn)展 實驗室及測量方法實驗室及測量方法 未來的加速器和探測器未來的加速器和探測器31. 1. 核子自旋物理的熱點核子自旋物理的熱點 核子自旋的來源膠子核子自旋的來源膠子和軌道角動量和軌道角動量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,相對論相對論效應(yīng)效應(yīng). .

2、 T-OddT-Odd的與橫動量和自旋相關(guān)的分布和碎的與橫動量和自旋相關(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. 硬過程硬過程,因子化定理因子化定理,特別是含橫動量特別是含橫動量的因子化定理的因子化定理. 極化實驗極化實驗.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，夸克場算符中，夸克場算符為為 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，按矢量，軸矢量和張量展開， 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)子化對應(yīng)八個碎裂函數(shù)夸克強(qiáng)子化對應(yīng)八個碎裂函數(shù). .9橫動量和自旋相關(guān)的橫動量和自旋相關(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橫向單自旋不對稱橫向單自旋不對稱 在在DIS中中,單光子交換，時間和單光子交換，時間和宇稱守恒宇稱守恒,SSA=0. 雙光子交換雙光子交換SSA0. 時間反演奇的關(guān)聯(lián)時間反演奇的關(guān)聯(lián) S P k k 11橫向單自旋不對稱橫向單自旋不對稱 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 橫動量積分。橫動量積分。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量旋和動量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)子的橫向自旋和動量分別是夸克和強(qiáng)子的橫向自旋和動量hep-ph/0408124hep-ph/0408124夸克自旋如何轉(zhuǎn)換成角動量？夸克自旋如何轉(zhuǎn)換成角動量？17方位角單自旋不對稱方位角單自旋不對稱 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測量進(jìn)展測量進(jìn)展- gp120測量進(jìn)展測量進(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軌道角動量軌道角動量 DVCS AUT Sin( - s)cos 294. 4. 實驗室及測量方法實驗室及測量方法 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實驗室實驗室 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實驗室實驗室 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同探測區(qū)域的關(guān)系探針的波長同探測區(qū)域的關(guān)系1.5/Q, Q1.5/Q, Q決定了探?jīng)Q定了探測的空間分辨率，及分布函數(shù)的測的空間分辨率，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運動學(xué)的區(qū)域運動學(xué)的區(qū)域 X and Q234各種反應(yīng)和觀測量各種反應(yīng)和觀測量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, ,類時形狀因子，碎裂函數(shù)類時形狀因子，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極化實驗極化實驗 束，靶的極化和出射粒子的極化測量能構(gòu)束，靶的極化和出射粒子的極化測量能構(gòu)成成單，雙和叁重單，雙和叁重等的極化實驗。氣體，固等的極化實驗。氣體，固體極化靶。自旋觀測量：體極化靶。自旋觀測量

15、： 單極化不對稱，單極化不對稱，A AN N=(=( - - )/ ()/ ( + + ) )， 雙極化不對稱，雙極化不對稱， A ANNNN=(=( +- - +)/ ()/ ( + + +) )。38RHIC and neutrino factory G, a0 and a8, Light quark flavor. s and s.395 5 未來的加速器和探測器未來的加速器和探測器 單舉實驗，單舉實驗，E Ee e=50-100GeV=50-100GeV，10103535cmcm- -2 2s s-1-1； 遍舉實驗，遍舉實驗，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； 高計數(shù)率和高質(zhì)量分辨的大接收度高計數(shù)率和高質(zhì)量分辨的大接收度（4 4 ）譜儀和電子學(xué)。