（粒子物理与原子核物理专业论文）强子衰变对高能反应末态超子极化的影响.pdf

强子衰变对高能反应末态超子极化的影响 摘要 高能反应过程的自旋效应是研究强子结构和强作用性质的重要手段。随着 实验的发展，高能强子化过程中自旋效应的研究成为高能自旋物理界十分关 注的热点之一高能碎裂过程中的自旋转移是其中一个重要方面，我们知道碎 裂过程中的自旋转移可以通过各类高能反应中的末态超子极化来进行研究。 特别是对于轻子诱发反应和大横动量p p 反应中的超子产生，由于部分子硬散 射过程中的极化转移可由弱电反应的标准模型和微扰q c d 计算，末态超子极 化实验上也能很方便地利用其衰变产物的角分布进行测量，因此研究这些反 应中的超子极化和极化的来源具有十分重要的物理意义 目前文献中有多个高能反应单极化p p 碰撞后产生的超子的极化度的计 算的模型，其中之一是我组利用强子反应事例产生器，对超子按产生来源分类 极化的计算，发现更重超子衰变对a 超子极化的贡献很大，甚至超过了直接 产生的贡献，而且a 超子的极化度非常小；而对超予，其他超子衰变的贡 献就非常小，而且砖比p 大很多考虑到衰变对极化的贡献有相当大的模 型依赖性，所以我们在比较不同模型的结果时，需要统一考虑衰变贡献但目 前已有的一些高能反应单极化p p 碰撞后产生的重子的极化的计算方法中，没 有考虑强子衰变的贡献，因此，计算在考虑强子衰变时，这些模型的预言就成 为目前一个需要解决的问题。由于目前对高能反应末态强子性质的计算很重 要的方法就是利用m o n t e c a r l o 产生器，所以本文以解析推演与m o n t e c a r l o 数值计算结合，利用事例产生器考虑进去衰变的贡献，研究衰变对高能反应末 态超子极化的影响。主要工作有如下两个方面： ( 一) 在分析超子衰变不同情形的基础上，我们给出了超子衰变对超子产 生率和末态超子极化的贡献的计算公式。首先给出了非极化情形下，超子衰 变峨- 匾x 过程对h ，产生的贡献，并给出了两体衰变时的动量转移因子 k 置，( z ，h ；z ，h ) 然后分不同情形，给出了极化时，相应的计算公式利用 这些公式，我们不仅可以计算不同碎裂模型中衰变对末态超子极化的贡献，而 且还发现，以往对衰变的处理都是在假定衰变过程日，斗皿x 中的动量转移 论文摘要 因子k 鼻硝，( z ，- ；z ，h ) 与h i 、h j 自旋无关的情形下进行的。这在一般情 形下，特别是在弱衰变过程中并不成立。 ( 二) 在( 一) 的基础上，给出了利用m o n t e c a r l o 产生器计算衰变贡献的 计算方法，并利用该方法，借助p p 反应的p y t h i a 产生器，做了如下计算： ( 1 ) 首先计算强子衰变对高能卯反应中末态大p 超子产生率的贡献， 给出了不同超子衰变对末态超子产生率中所占的比例结果表明；a 超子的 来源比较复杂，由o 衰变的贡献甚至大于直接产生的。其它八重态超子如 0 ，+ 、一、兰。和三一的来源比较简单，衰变的贡献很小。 ( 2 ) 在关于超子极化的g r i b o v 一己印a t o v 关系基础上的模型中，分别用 s u ( 6 ) 夸克双夸克旁观者模型和微扰q c d 计数规则分析模型给出的夸克自 旋分布函数作输入，详细计算了该模型中，衰变对高能卯反应中末态大p 上 超子极化的影响，给出了各类超子衰变对不同末态超子极化的贡献我们的计 算结果清楚地表明出如下结论成立。 ( i ) 衰变对a 超子极化的贡献很大，甚至超过了直接产生的。这个结果和 我们组原来利用据超子产生来源分类计算的模型得到的结论一致。 ( i i ) 和衰变对a 极化的贡献相反，强子衰变对其它八重态超子o + 、 一极化的贡献比较小 ( i i i ) 计算衰变对各八重态超子极化的贡献得到的结果和( 1 ) 中计算衰变 对相应超子产生率的贡献的结果相符合 这些结果说明，不同模型中得到的高能反应单极化p p 碰撞产生的大p - a 超子的极化的差别，很可能有相当大的一部分是强子衰变引起的。要比较这些 模型预言的差别，必须统一将衰变考虑进来同时，考虑到衰变对极化贡献的 计算中有较大的不确定性，检验不同模型，最好看+ 、一、三的极化 关键词：强子化过程中的自旋转移，超子极化，强子衰变，极化碎裂函数 t h e d e c a yc o n t r i b u t i o n st oh y p e r o np o l a r i z a t i o n i nh i g he n e r g yr e a c t i o n s a b s t r a c t s p i ne f f e c ti nh i g he n e r g yr e a c t i o n si sp o w e r f u lt o o lt os t u d y t h es t r u c t u r e o fh a d r o na n dt h ep r o p e r t i e so fs t r o n gi n t e r a c t i o n w i t ht h ed e v e l o p m e n t si n e x p e r i m e n t s ，t h es t u d yo fs p i ne f f e c t si nh i g he n e r g yh a d r o n i z a t i o np r o c e s s e sb e c o m eo n eo ft h ei m p o r t a n ti s s u e si nt h ef i e l do fh i g he n e r g y , s p i np h y s i c ss p i l l t r a n s f e ri n h i g he n e r g yf r a g m e n t a t i o np r o c e s s e si s o n ei m p o r t a n ta s p e c to f t h es p i ne f f e c t si nt h ef r a g m e n t a t i o np r o c e s s e s i tc a nb es t u d i e db yi m r e s t i g a t i n g t h eh y p e r o n p o l a r i z a t i o n i nd i f f e r e n t h i g he n e r g y r e a c t i o n s ，s u c ha s l e p t o n i n d u c e dr e a c t i o n sa n dl a r g et r a n s v e r s em o m e n t u mp pc o l l i s i o n st h i si s b e c a u s e ，i nt h e s er e a c t i o n s ，t h ep o l a r i z a t i o nt r a n s f e ri nt h eh a r ds c a t t e r i n g i n v o l v e dc a nb ec a l c u l a t e db yt h es t a n d a r dm o d e lf o re l e c t r o w e a ki n t e r a c t i o n o rp q c d ，a n dt h ep o l a r i z a t i o no ff i n a l s t a t eh y p e r o nc a l lb em e a s u r e de a s i l 3 r t h r o u g h t h ea n g u l a rd i s t r i b u t i o no fi t sd e c a y p r o d u c t si ne x p e r i m e n t h e n c e t h e s t u d yo ft h eh y p e r o np o l a r i z a t i o ni nt h e s er e a c t i o n si s o fg r e a ts i g n i f i c a n c e t h e r ea r em a n ym o d e l sf o r c a l c u l a t i n gl o n g i t u d i n a lp o l a r i z a t i o no fh y p e r o n s i n h i g hp j _ i ns i n g l yp o l a r i z e dp pc o l l i s i o n s a t h i g he n e r g i e s o n eo f t h e mi sd e v e l o p e db yo u rg r o u pw h i c hu s e st h eh a d r o nr e a c t i o ne v e n t , g e n e r a t o r ，a c c o r d i n gt oh y p e r o n sp r o d u c t i o ns o u r c ec l a s s i f i c a t i o n ，t oc a l c u l a t et h e p o l a r i z a t i o no fh y p e r o n a ni m p o r t a n tr e s u l to f t h ec a l c u l a t i o n si st h a tt h ec o 一 t r i b u t i o n st oaf r o mh e a v i e rh y p e r o n sd e c a ya r ev e r yl a r g e ，e v e nl a r g e rt h a n t h ed i r e c t l yp r o d u c e dc o n t r i b u t i o n sa n dp ai sr e l a t i v e l ys m a l l i nc o n t r a s t ，t h e d e c a yc o n t r i b u t i o nf r o mh e a v i e rh y p e r o n st o + p r o d u c t i o ni sv e r ys m a l la n d 芦圭i sm u c hl a r g e rt h a np a s i n c et h ec o n t r i b u t i o n s f r o mh e a v i e rh y p e r o n sd e c a y t oh y p e r o np o l a r i z a t i o nd e p e n dm u c ho nt h em o d e l s ，i ti sn e c e s s a r y t oc o m p a r e t h er e s u l t so fd i f f e r e n tm o d e l so b t a i n e db yt a k i n gt h ec o n t r i b u t i o n sf r o mh e a r i e rh y p e r o n sd e c a yi na nu n i f i e dw a yh o w e v e r ，p r e s e n t l yt h e r ea r em a n ym o d e l s t h a tc a l c u l a t el o n g i t u d i n a lp o l a r i z a t i o no fh y p e r o ni ns i n g l yp o l a r i z e dp pc o l l i u i a b s t r a c t s i o n sa th i g h e n e r g i e sw i t h o u tt a k i n gt h ed e c a yi n f l u e n c e si n t oa c c o u n t h e n c e ，i t i sa nu r g e n tt a s kt oo b t a i nt h ep r e d i c t i o n so ft h e s em o d e l si n t h ec a s et h a t h e a v i e rh y p e r o nd e c a y sa r et a k e ni n t oa c c o u n t a t p r e s e n t ，b e c a u s ea ni m p o r t a n t m e t h o do fc a l c u l a t i n gf i n a l s t a t eh a d r o n sp e c u l i a r i t yi nh i g he n e r g yr e a c t i o n s i s u s i n gm o n t e c a r l oe v e n tg e n e r a t o r s oi nt h i st h e s i s ，w ei n t e g r a t i n ga n a l y s i s p r e s u m p t i o na n dm o n t e c a r l oa m o u n tc a l c u l a t i o n s t u d yt h ec o n t r i b u t i o n st o f i n a l - s t a t eh y p e r o n sp o l a r i z a t i o nf r o mh a d r o n sd e c a yi nh i g he n e r g yr e a c t i o n s u s i n ge v e n tg e n e r a t o r s t h et w om a i nw o r k sa n dr e s u l t sa r es u m m a r i z e da s f o l l o w s ： ( i ) w ed e r i v et h eg e n e r a lf o r m u l a so f t h ec o n t r i b u t i o n sf r o mh e a v i e rh y p e r o n sd e c a 5 t oh y p e r o n sp r o d u c t i o nr a t e sa n df i n a l s t a t eh y p e r o n sp o l a r i z a t i o n b ya n a l y s i n gd i f f e r e n th y p e r o n sd e c a yc a s e s w ef i r s tp r e s e n tt h ec o n t r i b u t i o n s f r o mh e a v i e rh y p e r o n sd e c a yh 3 _ h t x t oh t p r o d u c t i o nr a t ei nu n p o l a r i z e d c a s e ，w ed e r i v et h em o m e n t u mt r a n s f e rf a c t o rk 最, h i z ，豇；。，我) i nt w ob o d y d e c a ya f t e r ，w ed e r i v ec o r r e s p o n d i n gf o r m u l af o rt h ep o l a r i z e dc a s ei nd i f f e r e n t l d a d so fo f d e c a yp r o c e s s e s u s i n gt h o s ef o r m u l a s ，w en o to n l yc a nc a l c u l a t et h e c o n t r i b u t i o n st of i n a l s t a t eh y p e r o np o l a r i z a t i o nf r o mh a d r o n sd e c a yi n h i g h e l n u g yr e a c t i o n s ，b u ta l s of i n dt h a t 、t h et r e a t m e n to ft h en l o l l l e n t u r n t r a n s f e r f a c t o rk 3 i j h ? t z k lz ! ，k 1 l 1 i nh 3 h l xi nl i t e r a t u r e i s a l w a ) sb a s e do i lt h e a s s u m p t i o nt h a ti th a sn od e p e n d e n c eo nt i l ep o l a r i z a t i o n so fh la n dh i t i l l s a s s u m p t i o ni s n tc o r r e c ti na l lc a s e s ，e s p e c i a l l yi nw e a kd e c a y ( i i ) b a s e dt h ea b o v ep o i n t ，w eg i v et h em e t h o do fc a l c u l a t i n gt h ec o n t r i b u t i o nf r o md e c a yu s i n gm o n t e c a r l oe v e n tg e n e r a t o r u s i n gt h em e t h o d ，w e d of o l l o w i n gw o r k sw i t ht h ea i do fp y t h i ae x t e n tg e n e r a t o ro fp pr e a c t i o n ( 1 ) f i r s t ，w ec a l c u l a t et h ec o n t r i b u t i o n st of i n a l s t a t eh i g hp h y p e r o np r o d u c t i o nf r o mh a d r o n sd e c a yi n h i g he n e r g yr e a c t i o n s a n dg i v et h er a t i oo f d i f l ? r e n th y p e r o n sd e c a yt of i n a l s t a t eh y p e r o n sp r o d u c t i o n t h er e s u l t ss h o w t h a tt h es o u r c eo fai s c o m p l e x ，a n dt h ec o n t r i b u t i o n st o a p r o d u c t i o nf r o m t h ed e c a yo f o t h e rh y p e r o n se v e nl a r g e rt h a nd i r e c t l yp r o d u c e d t h es o u r c e o fo t h e rh y p e r o n s ，f o re x a m p l e ，o ，+ 、+ 、三oa n d 三一，i ss i m p l e r ，a n dt i m i n f l u e n c e sf r o mt i l ed e c a yt ot h e i rp r o d u c t i o ni ss m a l l l v a b s t r a c t ( 2 ) i n t h em o d e lb a s e do nt h eg r i b o v l i p a t o vr e l a t i o nw h i c hi su s e dt 。 c a l c u l a t eh y p e r o n sp o l a r i z a t i o n ，w et a k et h eq u a r kp o l a r i z a t i o nd i s t r i b u t i o n f u n c t i o n sf r o mt h es u ( 6 ) q u a r k d i q u a r k s p e c t a t o r m o d e lo rp q c dc o u n t i n g r u l e sa n a l y s i sa si n p u t ，a n dc a l c u l a t ei nd e t a i lt h ec o n t r i b u t i o n st of i n a l - s t a t e h i g hp h y p e r o np r o d u c t i o nf r o mh a d r o n sd e c a yi nh i g he n e r g yr e a c t i o n sw e a l s og i v et h ec o n t r i b u t i o n st of i n a l s t a t eh y p e r o n sp o l a r i z a t i o nf r o md i f f e r e n t h y p e r o n sd e c a y o u rr e s u l t ss h o wc l e a r l yt h ef o l l o w i n g ： ( i ) t h ec o n t r i b u t i o n st oap o l a r i z a t i o nf r o mt h ed e c a yo fo t h e rh y p e r o n s a r ev e r yl a r g e ，e v e nl a r g e rt h a nd i r e c t l yp r o d u c e d t h i sr e s u l ti st h es a m ea s t h er e s u l to b t a i n e di nt h em o d e la c c o r d i n gt o h y p e r o n sp r o d u c t i o ns o u l c e c l a s s i f i c a t i o nc a l c u l a t i o ni no u rg r o u p f i i ) o nt h ec o n t r a r y , t h ei n f l u e n c e sf r o mt 1 1 cd e c a yt op o l a r i z a t i o no fo t h e r h y p e r o n s ，s u c ha s e o ，+ 、+ ，i ss m a l l ( i 1 1 ) t h er e s u l to ft h ec o n t r i b u t i o n sf r o md e c a yt oh y p e r o n sp o l a r i z a t i o n c o n f o r mw i t ht h a to ft h ec o n t r i b u t i o n sf r m nd e c a yt oh y p e r o n sp r o d u c t i o n i n ( 1 ) ， a l lt h e s er e s u l t si n d i c a t et h a tt h ep o l a r i z a t i o nd i f f e r e n c eo fai nh i g hp i i n s i n g l yp o l a r i z e dp pc o l l i s i o n s a th i g he n e r g i e so b t a i n e di nd i f f e r e n tr o o d e l s m a yc o m ef r o mt h eg r e a t c o n t r i b u t i o n sf r o mh a d r o n sd e c a y i fw ew a n t t oc o m p a r et h ed i f f e r e n c eo ft h o s em o d e l sp r e d i c t i o n ，i ti s n e c e s s a r yt o t a k e t h ec o n t r i b u t i o n sf r o mh e a v i e rh y p e r o n sd e c a yi na nu n i f i e dw a ya tt h es a m e t i m e ，c o n s i d e r i n gt h eu n c e r t a i n t i e si nt h ec a l c u l a t i o n so ft h e c o n t r i b u t i o n sf r o m h y p e r o n sd e c a yt oh y p e r o n sp o l a r i z a t i o n ，w e db e t t e rs t u d yt h ep o l a r i z a t i o no f o ，+ 、+ t oc h e c kd i f f e r e n tm o d e l s k e yw o r d s ：s p i nt r a n s f e ri nf r a g m e n t a t i o np r o c e s s ，h y p e r o np o l a r i z a t i o n h y p e r o nd e c a y ，p o l a r i z e df r a g m e n t a t i o nf u n c t i o n v 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：左邋日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：左邀导师签名：龇日 期：越垒：垒：2 矿 第一章引言 十九世纪末到二十世纪初，人们在研究原子和原子核结构的过程中，发现 了电子、光子、质子和中子等“基本”粒子，这一时期人们开始进入了物质的 微观世界。到了二十世纪后半期，人们对物质结构的认识深入到了夸克一胶子 层次。并在总结实验的基础上建立了粒子物理的标准模型，其中包含了弱电统 一规范理论和描述强相互作用的量子色动力学( q c d ) 。这一理论成功地经受 了大量实验的检验，但仍然面临着严峻地考验譬如，弱电统一规范理论中的 h i g g s 粒子至今仍未找到，强相互作用中的非微扰求解问题尚未解决，这些都 是当前粒子物理学亟待解决的问题 强相互作用是物质问四种基本相互作用之一，它的典型作用尺度是1 0 - 1 3 厘米，耦合常数为口。一1 ，比电磁相互作用( 耦合常数为q 。一1 1 3 7 ) 强得 多，因此它是很小的尺度内强的相互作用力例如，把强子内的夸克和胶子束 缚在强子内的力就属于强相互作用在标准模型中，夸克胶子之间的强相互作 用与它们的“颜色”自由度相关。建立在n o n a b e r i a n 量子场论基础上的量子 色动力学( q c d ) 是描写强相互作用的基本理论。 在量子色动力学中强作用的耦合常数a 。实际上不是一个确定的常数， 它与相互作用距离或反应中动量转移的大小( 通常用q 来表示) 有关，称为 “跑动”的耦合常数，当q 较大或相互作用距离较小时，口。( q ) 的值比较小， 称为“渐进自由”具有这些特点的相互作用过程我们称为“硬过程”。这时 相互作用比较弱。微扰论可以适用，由此得到的微扰量子色动力学( p q c d ) 对硬过程的描写与实验符合地很好q 较小或相互作用距离较大时，耦合常 数q 。( q ) 较大这反应了强子中夸克“禁闭的性质，此时，q 。( q ) 增加到1 的数量级，不能再用微扰展开的方法进行计算这类相互作用过程称为“软过 程”，例如高能反应中部分子强子化的过程就是典型的软过程对这样真正的 “强* 作用过程，p q c d 不再适用，因此从各类实验现象入手，发展包括唯象 方法在内的各类非微扰方法，具有十分重要的理论价值和现实意义 高能极化实验是研究强子机构和强相互作甩性质的重要手段高能自旋 物理是目前粒子物理重要前沿领域之一，2 0 世纪7 0 年代起高能强子反应中发 现了一系列意外自旋效应，8 0 年代末欧洲核子研究中心( c e r n ) 的欧洲弘子 山东大学硕士学位论文第一章引言 合作组( e m c ) 的实验结果引发了质子“自旋危机”，这些实验极大地引起了 人们对高能自旋物理的兴趣寻找这些自旋效应的起源、探索质子的自旋结构 成为人们探索质子结构和强相互作用性质的有力工具 1 1 碎裂过程中的自旋转移 碎裂过程是指高能反应中，部分子( 夸克、反夸克或胶子) 到强子的转化过 程，由于强子都是由夸克、反夸克和胶子构成，高能反应的强子产生过程中， 总是首先产生夸克、反夸克或胶子，然后这些部分子再转化为实验可观测的强 子碎裂过程中的自旋效应就是研究末态强子的极化、动量分布等性质与碎裂 夸克极化之间的关系碎裂过程中的自旋效应的研究属于非微扰q c d 的范 畴，它的研究对于探索非微扰q c d 有着重要意义特别是要深入研究强相互 作用自旋物理的各个方面，都不可避免涉及到强子产生过程，因此它在研究上 述质子自旋结构、强予反应意外自旋效应起源等方面都有重要作用，而且可以 成为研究强子化机制、检验强子化模型新的增长点最近几年，实验的发展为 该方面的深入研究提供了有利的条件，使碎裂过程自旋效应的研究成为自旋 物理的热点之一，强子化过程中碎裂夸克到产生强子的自旋转移就是其中一 个重要方面。 碎裂过程中初始夸克到末态强子的自旋转移问题的研究对象是碎裂夸克 的自旋和末态强子自旋之间的关系，或者说是碎裂夸克的极化转移到末态强 子的几率。对具体的碎裂过程q o _ h ( q o ) + x ，若初态夸克口。是极化的， 有以下两个问题： ( a ) 的的极化在强子化过程中是否保持不变? ( b ) 叮0 的自旋与包含它的强子 ( 9 0 ) 的自旋之间是什么关系? 显然这两个问题的回答不仅依赖于具体的强子化机制，而且依赖于强子 的自旋结构在目前粒子物理研究中，对碎裂过程自旋转移的研究有着以下重 要现实意义： ( 1 ) 如上所述，由于强子结构由非微扰q c d 决定，丽场论的非微扰求解 困难尚未解决，人们在处理不同问题时，至今仍采用两个完全不同的自旋结构 图象，即描述静态性质适用的s u ( 6 ) 图象和高能时适用的部分子图象对强子 2 5 j 2 研究现状 自旋结构，在静态( 或组分) 夸克模型中，重子由三个夸克构成，重子自旋等于 夸克自旋之和这一图象成功地给出了强子的分类、重子磁矩等静态性质，以 下将它简称为s u ( 6 ) 图象。在s u ( 6 ) 图象中，强子的自旋结构由静态s u ( 6 ) 波函数给出。而轻子一核子深度非弹性散射和其他相关高能实验显示。高能下 的重子由三个价夸克和许多海夸克反夸克对、胶子组成夸克自旋之和仅是核 子自旋的一小部分，以下将它简称为d i s 图象这两个图象给出的强子自旋 结构很不相同，对碎裂过程自旋转移的研究将为鉴别这两个图象何者适用于 强子化过程给出有用的信息 ( 2 ) 碎裂过程也是一个典型的非微扰强相互作用过程目前实验上已有许 多高能强子化的实验数据，但理论描写只能通过一些唯象的强子化模型来完 成。这些模型对非极化的高能反应数据可以给出较好的描述，但它们都没有考 虑强子自旋的情况，因此碎裂过程自旋转移的研究将对强子化模型提供新的 检验和挑战 ( 3 ) 高能强子化过程中自旋转移的研究还可以为实验上测量高能反应中产 生的夸克的极化提供一种可行方法，这不仅在自旋物理而且在c p 破坏等粒子 物理学一系列前沿课题的研究中都有重要价值。 ( 4 ) 对于寻找前面提到的高能强子反应过程中意外自旋效应，特别是寻找 非极化强子强子反应中超子横向极化的来源起着很关键的作用 碎裂过程中的自旋转移可以通过各类高能反应中的末态超子极化进行研 究特别是对于轻子诱发反应和大横动量即反应中超子产生，由于部分子散 射过程中的极化转移可由弱电反应的标准模型或微扰q c d 计算，末态超子极 化实验上也能很方便地利用其衰变产物的角分布进行测量，因此研究这些反 应中末态超子的极化以及极化的真正来源对碎裂过程中的自旋转移的研究具 有十分重要的意义 1 2 研究现状 在1 9 8 8 年质子自旋危机”之前，人们对超子极化的研究主要集中在强 子一强子、强子一核碰撞中，而且普遍简单采用了s u ( 6 ) 图象【l ，2 】来联结 超子和组成该超子的夸克的极化。直到现在，人们对该问题的研究中，仍然采 用这一图象另一方面，“质子自旋危机”之后，人们对超子极化的研究发展 3 山东大学硕士学位论文第一章引言 到其它高能反应过程，出现了不同的做法，特别是在研究轻子强子深度非弹 散射过程中的超子极化时，又采用了d i s 图象 3 同时高能物理界又普遍认 为，碎裂过程应该是酱适的，那么碎裂过程中的自旋转移自然也应是普适的， 即在不同高能反应的碎裂过程中，自旋转移图象应是相同的。因此有必要研究 s u ( 6 ) 图象和d i s 图象到底哪一个强子自旋结构图象更适合于描述碎裂过程 自旋效应。 1 9 9 8 年发表的文献f 4 1 首次指出，测量e + e 一斗z o - - + a x 中的a 纵 向极化，可对此提供直接检验，提出了一条研究该问题的有效途径。并利用事 例产生器考虑了a 包括衰变在内的各种来源的贡献，分别考虑它们各自的极 化转移，把利用s u ( 6 ) 图象和d i s 图象得到的a 纵向极化结果和当时已有的 实验数据 5 】作了比较，发现似乎s u ( 6 ) 图象得到的结果与实验符合地更好一 些。在如此高能下，s u ( 6 ) 图象的适用出人意料，更加引发了理论与实验研究 的兴趣。 显然要研究强子化过程中的自旋转移，也就是研究碎裂前夸克极化与碎 裂产生的末态强子极化之间的关系，需要两个必要条件： ( 1 ) 反应过程中有极化的夸克或反夸克产生； ( 2 ) 末态强子的极化可以测量。 由于在各类轻子诱发过程或极化p p 反应过程中，碎裂前夸克的极化可 由核子内夸克自旋分布函数和弱电相互作用的标准模型或微扰q c d 计算，获 得末态超子的极化则可通过其弱衰变产物的角分布得到测量，因此在这些反 应中研究超子的纵向极化是检验上面提到的不同自旋转移图象，特别是检验 s u ( 6 ) 图象和d i s 图象的理想场所。 目前，在实验方面，对不同反应中的超子极化已经有一些测量结果，其中 关于a 超子极化的实验结果最多，l e p 上对e + e 一湮灭反应中的a 纵向极化 作了测量f 5 ，6 1 ，h e r m e s 和f e r m il a b 对纵向极化的轻子一强子反应中单 举产生的a 极化作了测量f 7 ，8 1 ，n o m a d 组对中微子深度非弹散射中的a ， 五的极化作了测量f 9 1 ，这些实验中都测到了a 明显的极化。已经开始运行的 r h i c 实验将要对极化的卯碰撞中的超子极化做出测量【1 0 i 这些都为研究 强子化中的自旋转移提供了很好的条件 理论方面，文献【1 1 ，1 2 ，1 3 ，1 4 在上述【4 】工作的基础上，借助于事例产 4 5j ，本文内容安排 生器，利用【4 】中的方法，对各类轻子诱发反应以及高能p p 碰撞中的大横动 量的超子极化作了系统研究，给出了不同图象下各类超子的极化结果表明， 在不同的高能反应过程中，不仅末态超子都是极化的，对它们的测量都可对不 同图象提供不同程度的检验，而且还发现熏超子衰变对a 超子极化的贡献很 大由于重超子，特别是= ( 3 2 ) + 的超子本身的极化情况理论上并不清楚， 衰变中到a 超子的极化转移又依赖于模型，因此该类计算表明，a 极化的理论 计算结果不仅依赖于s u ( 6 ) 或d i s 图象，而且由于衰变而使理论计算结果有 较大的不确定性，因此，他们指出+ 和一等更适合于检验不同图象。同 时，1 6 1 7 ，1 8 1 等也给出其它做法，这些讨论首先都集中在a 极化方面，并且 有相当一些讨论计算中，没有考虑更重超子的衰变这些不同的计算得到的结 果不同，甚至有些定性结论也不同 由于非极化高能反应实验已清楚表明，衰变对高能反应末态a 超子产生 有相当大的贡献，而这些更重的超子的极化以及它们衰变时极化转移都很不 清楚，那么，不同理论计算的差别究竟是因为采用的具体模型不同，还是由衰 变引起的呢? 这就成为我们需要亟待解决的一个问题签于r h i c 实验将要 对极化的瑚碰撞中的超子极化做出更精细的测量 1 0 】，这个问题的研究具有 十分重要的现实意义 显然，要研究不同计算方法得到的不同结果是不是衰变导致的，解决方案 必需在同一个平台上进行，也就是说须在不同计算中都考虑衰变，比较最后的 结果有无差别。本文将以文献f 1 6 ，1 7 1 所采用的模型为例，在高能即碰撞中， 利用与4 1 4 中类似的方法，借助强子事例产生器考虑包括衰变在内的各种来源 的贡献，对a 及其它八重态超子的极化进行计算将不同图象下的结果进行 比较，并与不区分直接产生的还是来自衰变时的结果进行比较。 1 3本文内容安排 本文主要内容安排如下；引言后，在第二章，总结纵向极化p p 反应中大 p 超子的极化的计算方法及分别采用的模型我们首先给出超子极化一般的 计算公式，然后对文献【1 4 】中s u ( 6 ) 和d i s 图象下末态超子极化的计算方法 和主要计算结果进行简要的总结接着总结文献 1 6 中采用的s u ( 6 ) 夸克一 双夸克旁观者模型和微扰q c d 计数规则分析及其超子极化的主要计算结果 5 山东大学硕士学位论文第一章引言 和分析最后简单介绍一下计算超子极化的其它模型 第三章，在文献f 1 6 1 两种模型的基础上计算衰变对末态超子贡献的影响。 首先，给出超子产生率和极化碎裂函数的计算，然后给出不同模型中极化碎裂 函数的计算方法。最后，给出利用产生器考虑以及不考虑更重超子衰变贡献的 超子极化的计算方法。 第四章，利用第三章给出的计算公式，对末态超子的极化进行了计算和分 析。首先计算强子衰变对超子产生率的贡献然后对考虑包括衰变在内的所有 来源的a 以及其它八重态超子极化进行了系统的计算最后对不考虑衰变贡 献的a 超子极化进行了计算。 论文的最后，在第五章给出总结和展望 6 第二章高能即反应中大p 上超子极化的不同模型 如引言所述，目前文献中有多种计算高能反应中末态超子的方法，本章 将在介绍这些计算方法共同点的基础上，对f 1 4 ，1 6 ，1 8 】中的方法进行简单总 结。第一节，简单给出因子化定理与卯反应大p i 超子极化的计算公式。第 二节，总结给出在s u ( 6 ) 和d i s 图象下，利用强子事例产生器考虑衰变时， 末态超子极化的计算方法和主要计算结果【1 球第三节给出g r i b o v l i p a t o v 关 系，即夸克到末态超子的碎裂函数与超子中相应夸克的分布函数成正比的基 础上，对超子极化的计算模型及其主要结果， 2 ，l 因子化定理与即反应大p 上超子极化的计算公式 为明确起见，我们考虑纵向单极化即反应中大p 1 超子的单举产生过 程，即西- - + f i x ，其中f 表示纵向极化的质子束，h 是产生的超子，p l 表示 超子的横动量，x 表示其它产物根据定义，超子h 的极化度p h 可以表示为 p i t =矿p _ h + x o - p + p _ h x 一& o 却_ 两x ( 21 ) 其中( v p + p 。“( 一) 爿表示一个螺旋度为正的质子与一个非极化的质子碰撞，产生 了一个带有正( 负) 螺旋度的超子h 和其它产物x 的反应过程的截面， a 盯却+ 厅x = 盯p + p - h + x 一盯p + p - h x 口p p - e h x2 。p + p 1 h + x + 口p + p 。h x 分别表示极化与非极化的反应截面 f 2 2 1 ( 2 3 ) 对于强子碰撞中大p 强子的产生，因子化定理适用，即末态带有大m 的超子h 来源于有大横动量的部分子c