【摘要】：繼1988年EMC在極化深度非彈性散射實(shí)驗(yàn)中測(cè)量質(zhì)子中的夸克自旋貢獻(xiàn)幾乎為零,CERN,DESY,JLab,RHIC和SLAC亦對(duì)質(zhì)子自旋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)的測(cè)量,測(cè)量結(jié)果顯示,核子味態(tài)軸荷0a(被解釋為質(zhì)子中夸克的自旋貢獻(xiàn))在能標(biāo)為3Ge V2時(shí),大約為0.35。盡管這與EMC的測(cè)量結(jié)果不同,但相對(duì)于早期的夸克模型此測(cè)量值依舊很小。在靜態(tài)夸克模型下,夸克貢獻(xiàn)了質(zhì)子的全部自旋;在相對(duì)論夸克模型中,夸克貢獻(xiàn)質(zhì)子60%的自旋,另外40%則轉(zhuǎn)變?yōu)榭淇说慕莿?dòng)量。那么夸克“丟失”的自旋哪里去了呢?這也被稱為自旋危機(jī)或自旋困惑,這也激起了理論界和實(shí)驗(yàn)界至今近三十年對(duì)質(zhì)子自旋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究。對(duì)于理解質(zhì)子縱向自旋結(jié)構(gòu),理論上對(duì)解釋自旋困惑做出了很多努力。例如,核子的π介子云以及單膠子交換作用將自旋轉(zhuǎn)化為軌道角動(dòng)量,QCD膠子修正,奇異夸克貢獻(xiàn),八重態(tài)軸荷8a的SU(3)破缺等。目前的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)指向質(zhì)子自旋困惑是價(jià)夸克效應(yīng),價(jià)夸克對(duì)單態(tài)軸荷0a的貢獻(xiàn)幾乎充滿了測(cè)量值。奇異夸克和QCD膠子修正對(duì)單態(tài)軸荷的貢獻(xiàn)非常小,不足以解釋自旋困惑。在深度非彈性散射實(shí)驗(yàn)中,解釋觀測(cè)結(jié)構(gòu)函數(shù)的理論基礎(chǔ)是QCD。QCD在夸克質(zhì)量為零的極限下,具有手征對(duì)稱性。手征有效場(chǎng)論是QCD的低能有效理論,基態(tài)手征對(duì)稱性破缺產(chǎn)生Goldstone玻色子,作為手征有效理論的有效介子場(chǎng)。吸收和發(fā)射虛介子對(duì)描述強(qiáng)子的性質(zhì)起到至關(guān)重要的作用。手征有效場(chǎng)論與一般的唯象模型不同,它是一個(gè)比較系統(tǒng)的理論,基于與QCD相同的手征對(duì)稱性,在強(qiáng)子物理的研究中有著廣泛的應(yīng)用,對(duì)研究強(qiáng)子譜與強(qiáng)子結(jié)構(gòu)有很多成功的應(yīng)用�？紤]QCD演化的一般性質(zhì)可以得出這樣的結(jié)論,與QCD夸克模型相匹配的自然標(biāo)度非常低,所以質(zhì)子的大部分動(dòng)量由價(jià)夸克攜帶,膠子可以認(rèn)為在理論中被積掉。Jaffe(1987)提出了這樣的方案,實(shí)驗(yàn)測(cè)量的質(zhì)子自旋值小,是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)測(cè)量的能標(biāo)與夸克模型給出結(jié)果的能標(biāo)不同。因此我們用有效場(chǎng)論研究質(zhì)子的自旋,以及其它八重態(tài)重子的軸荷。我們?cè)谟?jì)算中使用了finite-range正規(guī)化方法,比傳統(tǒng)的正規(guī)化方法更具優(yōu)勢(shì)。在計(jì)算中我們包括了八重態(tài)和十重態(tài)重子中間態(tài),這豐富了核子和重子的自旋和味結(jié)構(gòu),在手征對(duì)稱性的約束下重新分配了自旋。單膠子交換(OGE)效應(yīng),雖然不屬于手征有效場(chǎng)論的范疇,但對(duì)于自旋依賴的物理量起著非常重要的作用,所以我們?cè)谟?jì)算中也包括了OGE換效應(yīng)。我們分別計(jì)算了各夸克的自旋貢獻(xiàn),所以可以同時(shí)得到單態(tài)軸荷0a和非單態(tài)軸荷a_3(g_A),a_8。對(duì)于質(zhì)子自旋的解釋,我們的計(jì)算同時(shí)給出三個(gè)軸荷的合理值,與實(shí)驗(yàn)吻合地非常好,優(yōu)于其它模型,其它模型只部分的給出某些軸荷的合理解釋。下面列出對(duì)質(zhì)子計(jì)算得到的主要結(jié)論:1、通過(guò)取實(shí)驗(yàn)測(cè)量值a_3=1.27,擬合出我們計(jì)算中唯一的一個(gè)參數(shù),低能自旋常數(shù)S_q~0.88q s,這個(gè)常數(shù)體現(xiàn)了相對(duì)論和禁閉效應(yīng)的大小,小于傳統(tǒng)夸克模型(不考慮相對(duì)論效應(yīng))值,大于以往的極端相對(duì)論效應(yīng)~0.65,將夸克的自旋轉(zhuǎn)化為軌道角動(dòng)量。我們計(jì)算中參數(shù)極少,優(yōu)于其它模型,體現(xiàn)了計(jì)算的可靠性。我們利用此參數(shù)對(duì)a_8,a_0進(jìn)行計(jì)算。2、計(jì)算得到與實(shí)驗(yàn)中超子β衰變SU(3)假設(shè)下的測(cè)量值~0.58非常一致。3、對(duì)于單態(tài)軸荷a_0,我們給出適用于夸克模型的低能標(biāo)處夸克自旋貢獻(xiàn)a_0~0.55及夸克分布?u~0.91,?d~-0.36,?s~-0.01。由相對(duì)論效應(yīng)、介子云以及OGE修正,質(zhì)子的夸克自旋貢獻(xiàn)由初始夸克模型貢獻(xiàn)全部變?yōu)樨暙I(xiàn)大約一半。4、由于單態(tài)軸矢流的反常維度不為零,使得單態(tài)軸荷0a是標(biāo)度依賴的,通過(guò)適當(dāng)?shù)难莼?得到的實(shí)驗(yàn)?zāi)軜?biāo)處的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值~0.35符合地非常好。演化模型在我們的計(jì)算前僅是給出了定性的分析(Jaffe1987),我們的計(jì)算給出了精確的定量描述,很好的解釋了質(zhì)子困惑。5、對(duì)于奇異夸克自旋的貢獻(xiàn),我們得到的結(jié)果為負(fù)值,大小約為0.01。與實(shí)驗(yàn)測(cè)量吻合的很好。我們的計(jì)算對(duì)理解質(zhì)子困惑提供了非常重要的深入的認(rèn)識(shí)。介子云,OGE效應(yīng)及相對(duì)論效應(yīng)等將夸克的自旋轉(zhuǎn)化為軌道角動(dòng)量,并經(jīng)過(guò)演化得到實(shí)驗(yàn)測(cè)量值。我們的計(jì)算直接給出各味道夸克的自旋貢獻(xiàn),增加了對(duì)質(zhì)子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。同時(shí),在我們的計(jì)算中變動(dòng)介子強(qiáng)子耦合常數(shù)D,F,C,及截?cái)嗪瘮?shù)的形式,給出的結(jié)果皆在我們估算的誤差范圍內(nèi),說(shuō)明了計(jì)算的穩(wěn)定性。我們采用與計(jì)算質(zhì)子自旋相同的辦法計(jì)算了其它八重態(tài)重子的自旋和軸荷。計(jì)算中使用了質(zhì)子中擬合的低能自旋常數(shù)s_q,不再有其它參數(shù)。我們計(jì)算的同位旋矢量軸荷,與其它理論計(jì)算以及格點(diǎn)數(shù)據(jù)非常接近,這說(shuō)明我們計(jì)算的結(jié)果是合理的。我們對(duì)八重態(tài)軸荷8a進(jìn)行了計(jì)算,.。對(duì)于八重態(tài)重子的自旋Σ與質(zhì)子得到的結(jié)果相似,在低能標(biāo)處,夸克自旋貢獻(xiàn)大概為價(jià)夸克區(qū)域的50(25)60%,演化到實(shí)驗(yàn)?zāi)軜?biāo)3 Ge V~2,得到-0.35。對(duì)于八重態(tài)重子的各味夸克自旋貢獻(xiàn),與質(zhì)子類似,價(jià)夸克(Σ、(?)中u、s夸克)中提供了重子自旋的主要貢獻(xiàn),�？淇�(Σ、(?)中d夸克)提供的貢獻(xiàn)很小~0.01-0.02,自旋方向與重子自旋方向相反。
[Abstract]:Further to the 1988 EMC polarization-depth inelastic scattering experiment, which measured almost zero quark spin contributions in protons, CERN, DESY, JLab, RHIC and SLAC also measured the spin structures of protons. The measurements show that the nuclear flavor state axial charge 0A (interpreted as quark spin contributions in protons) is about 0.35% at the energy scale of 3 Ge V2. Although this is different from the EMC measurements, it is still very small compared to the earlier quark models. In the static quark model, quarks contribute all the spins of protons; in the relativistic quark model, quarks contribute 60% of the spins of protons and 40% of the angular momentum of quarks. What about spin crisis or spin perplexity? This has also sparked theoretical and experimental studies of the internal structure of proton spin in the last 30 years. Orbital angular momentum, QCD gluon correction, singular quark contribution, SU (3) breakage of octet axial load 8a, etc. The present experimental data indicate that the proton spin puzzle is the valence quark effect, and the valence quark contribution to the singlet axial load 0A is almost full of measured values. In deep inelastic scattering experiments, the theoretical basis for explaining the observed structure function is the chiral symmetry of QCD.QCD at the limit of zero quark mass.Chiral effective field theory is the low-efficiency theory of QCD.Chiral chiral symmetry breaking produces Goldstone bosons as an effective meson field of chiral effective theory.Absorption and emission Virtual mesons play an important role in describing the properties of hadrons. Chiral effective field theory, unlike the general phenomenological model, is a relatively systematic theory. Based on the same chiral symmetry as QCD, it is widely used in hadronic physics and has many successful applications in the study of hadronic spectra and hadronic structures. The general nature of evolution leads to the conclusion that the natural scales matching the QCD quark model are very low, so most of the proton momentum is carried by valence quarks, and gluons can be thought to have been accumulated in theory. The model gives different energy scales. Therefore, we study the spin of protons and the axial loads of other octet baryons by using the effective field theory. The spin and taste structures of baryons are redistributed under the constraint of chiral symmetry. The single gluon exchange (OGE) effect, though not in the chiral effective field theory, plays a very important role in spin-dependent physical quantities, so we also include the OGE exchange effect in our calculations. We have calculated the spins of each quark separately. The spin contribution, therefore, can be obtained both singlet and non-singlet axial loads a_3 (g_A), a_8. For the explanation of proton spin, our calculation gives three reasonable values of axial loads at the same time, which are in good agreement with the experiment and are superior to other models. Other models only give some reasonable explanations of axial loads. The following is a list for proton calculations. The main conclusions are a s follows: 1. By taking the experimental value a_3=1.27, the only parameter in our calculation is fitted. The low-energy spin constant S_q~0.88q s, which reflects the magnitude of relativity and confinement effect, is smaller than the traditional quark model (without considering relativistic effect), and is larger than the extreme relativistic effect ~0.65. We use this parameter to calculate a_8, a_0, and the calculated values are very consistent with the experimental values of ~0.58 under the assumption of superon beta decay SU(3). 3. For the singlet axial load a_0, we give a low energy scale suitable for the quark model. Quark spin contribution a_0~0.55 and quark distribution u~0.91,? D~-0.36,? S~-0.01. By relativistic effect, meson cloud and OGE modification, the contribution of quark spin of proton is changed from the initial quark model contribution to about half of the contribution. 4. Because the anomalous dimension of the single state axial vector current is not zero, the singlet axial load 0A is scale-dependent, and through appropriate modification Evolution model only gives qualitative analysis before our calculation (Jaffe 1987). Our calculation gives a precise quantitative description, which explains the proton puzzle very well. 5. For the contribution of the singular quark spin, our results are negative. Our calculations provide a very important insight into the proton puzzle. Mesoon clouds, OGE effects and relativistic effects transform the quark's spin into orbital angular momentum, and the experimental values are obtained by evolution. Our calculations directly give the spins of quarks of various flavors. Meanwhile, in our calculation, we change the form of hadronic coupling constants D, F, C, and truncation function. The results are all within the error range of our estimation, which shows the stability of the calculation. Spin and axial load. The low-energy spin constant s_q fitted in the proton is used in the calculation, and there are no other parameters. The isospin vector axial load calculated by us is very close to other theoretical calculations and the lattice data, which shows that our calculation results are reasonable. We have calculated the octet axial load 8a,... For the baryon of the octet state. Spin_is similar to that obtained by protons. At low energy scales, the contribution of quark spin is about 50(25)60% of the valence quark region, and evolves to the experimental energy scales 3 Ge V~2, resulting in -0.35. The contribution of the middle D quark is very small ~0.01-0.02, and the spin direction is opposite to the baryon spin direction.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O572.33

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本文編號(hào)：2248935