高能反應(yīng)過程中與自旋相關(guān)的物理可觀測量的研究是當(dāng)前量子色動力學(xué)(QCD)自旋物理的熱點問題之一,對這一問題的研究將有助于加深我們對核子內(nèi)部自旋結(jié)構(gòu)的理解,以及對QCD動力學(xué)的認識。因子化定理是研究和計算強子參與的高能過程的重要工具。在因子化框架下,可以將物理可觀測量拆分為能利用微擾QCD計算的短程部分和非微擾的長程部分,從而最大限度地利用了微擾QCD理論。本文將利用共線因子化框架和考慮演化效應(yīng)的橫動量依賴(TMD)因子化框架這兩種因子化方案對與橫向自旋有關(guān)的物理可觀測量進行研究。本文的主要研究過程集中在初末態(tài)至少有兩個強子的高能散射過程:半單舉深度非彈性散射(SIDIS)過程和πN對撞末態(tài)產(chǎn)生輕子對的Drell-Yan過程。根據(jù)當(dāng)前實驗測量和理論研究的進展,本文主要做了以下幾個方面的工作:1.在積分掉末態(tài)產(chǎn)生強子橫動量的特殊過程里,利用樹圖水平的共線因子化考慮twist-3貢獻,在束流不極化靶核子橫向極化的單極化帶電和中性π介子產(chǎn)生的SIDIS過程中,研究了sin?_S橫向單自旋不對稱度。由于這個不對稱度僅存在twist-3共線碎裂函數(shù)?H(z)和橫向性分布函數(shù)h_1(x)耦合的貢獻,因此可以將twist-3共線碎裂函數(shù)?H(z)作為“自旋探針”對核子中夸克橫向性分布函數(shù)h_1(x)進行探測。利用已有的h_1(x)參數(shù)化結(jié)果和最近提取的?H(z),考慮分布函數(shù)和碎裂函數(shù)領(lǐng)頭階QCD演化效應(yīng),對未來電子-離子對撞機(EIC)中sin?_S橫向單自旋不對稱度的預(yù)言結(jié)果表明,sin?_S橫向單自旋不對稱度是可觀的。因此,在共線因子化框架下,通過單介子產(chǎn)生的SIDIS過程中的橫向單自旋不對稱度可以獲取關(guān)于核子橫向性分布函數(shù)的信息。2.在束流縱向極化靶核子橫向極化的雙極化帶電和中性π介子產(chǎn)生的SIDIS過程中,利用樹圖水平的共線因子化考慮twist-3貢獻,研究了cos?_S雙自旋不對稱度。在積分掉末態(tài)產(chǎn)生強子橫動量的特殊過程里,這個不對稱度由以下兩項貢獻:twist-3分布函數(shù)g_T(x)和twist-2碎裂函數(shù)D_1(z)的耦合以及twist-2分布函數(shù)h_1(x)和twist-3碎裂函數(shù)?E(z)的耦合。在CLAS12和未來EIC的運動學(xué)范圍下,同時考慮這兩項的貢獻,以及參與高能過程的分布函數(shù)和碎裂函數(shù)的領(lǐng)頭階QCD演化效應(yīng),對cos?_S雙自旋不對稱度進行預(yù)言。預(yù)言結(jié)果表明在CLAS12大z區(qū)域?qū)os?_S不對稱度的實驗測量有可能得到twist-3碎裂函數(shù)?E(z)的信息。3.提出了π介子TMD非極化分布函數(shù)TMD演化效應(yīng)中所需的非微擾Sudakov形狀因子的參數(shù)化形式。在非極化π~-N Drell-Yan過程中,利用QCD次領(lǐng)頭對數(shù)階TMD因子化以及TMD演化效應(yīng),研究了依賴于橫動量的微分散射截面,通過與Fermilab E615實驗測量數(shù)據(jù)擬合得到了這個形狀因子的參數(shù)化。利用參數(shù)化結(jié)果,對COMPASS實驗合作組的非極化π~-N Drell-Yan過程的輕子對橫動量分布譜進行預(yù)言并與COMPASS實驗測量數(shù)據(jù)進行對比。對比結(jié)果顯示,利用提取的非微擾Sudakov形狀因子得到的結(jié)果在小橫動量范圍(q_⊥?Q)與COMPASS實驗測量一致,這表明可以利用TMD因子化以及TMD演化效應(yīng)描述COMPASS非極化π~-N Drell-Yan過程,并可將這一理論推廣至極化過程中。4.利用擬合得到的π介子非微擾Sudakov形狀因子和以上問題對非極化π~-N Drell-Yan過程的研究,進一步利用TMD因子化以及TMD演化效應(yīng)研究了COMPASS運動學(xué)范圍下,π介子束流入射橫向極化質(zhì)子靶的Sivers不對稱度,并討論了質(zhì)子Qiu-Sterman函數(shù)的演化效應(yīng)。Sivers不對稱度的計算結(jié)果在誤差范圍內(nèi)與COMPASS實驗合作組測量數(shù)據(jù)一致,Qiu-Sterman函數(shù)演化效應(yīng)的討論表明其能標(biāo)依賴性對實驗數(shù)據(jù)的闡釋產(chǎn)生了一定的影響,是未來唯像學(xué)分析需要考慮的因素之一。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O572.243

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本文編號：2816440