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国原子能科学研究院中国原子能科学研究院2006 10 28 2006 10 28 桂林桂林2报告内容报告内容 核子自旋物理的热点核子自旋物理的热点 部分子的分布函数部分子的分布函数 测量进展测量进展 实验室及测量方法实验室及测量方法 未来的加速器和探测器未来的加速器和探测器31. 1. 核子自旋物理的热点核子自旋物理的热点 核子自旋的来源胶子核子自旋的来源胶子和轨道角动量和轨道角动量OAMOAM， flavorflavor分解分解等，等， 横向性的分布函数横向性的分布函数h h1 1,Chiral odd,Chiral odd,相对论相对论效应效应. .

2、 T-OddT-Odd的与横动量和自旋相关的分布和碎的与横动量和自旋相关的分布和碎裂函数裂函数 一般化的部分子的分布函数一般化的部分子的分布函数GPDGPD4目的与方法目的与方法 核子是如何由夸克和胶子组成的核子是如何由夸克和胶子组成的? 非微扰非微扰QCD. 硬过程硬过程,因子化定理因子化定理,特别是含横动量特别是含横动量的因子化定理的因子化定理. 极化实验极化实验.5部分子的分布函数部分子的分布函数算符算符 在硬反应在硬反应(hard reaction)中，夸克场算符中，夸克场算符为为 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), 光锥条件。光锥条件。6矩阵元矩阵元 Fi(x, ,t)= dz-/4 exp(xP+z-) p,s q(z/2) iWq(z/2) p,s ， 按矢量，轴矢量和张量展开，按矢量，轴矢量和张量展开， 系数是非微扰系数是非微扰QCD的分布函的分布函数数7矩阵元矩阵元 弹散：局部，弹散：局部，z=0，p p，形状因子。形状因子。 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-部分子的分布函数部分子的分布函数 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。 夸克强子化对应八个碎裂函数夸克强子化对应八个碎裂函数. .9横动量和自旋相关的横动量和自旋相关的T-oddT-odd A A* *i i= -A= -Ai i 称称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横向单自旋不对称横向单自旋不对称 在在DIS中中,单光子交换，时间和单光子交换，时间和宇称守恒宇称守恒,SSA=0. 双光子交换双光子交换SSA0. 时间反演奇的关联时间反演奇的关联 S P k k 11横向单自旋不对称横向单自旋不对称 ppX， ppX， lpX.12坐标系和方位角坐标系和方位角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图形图形 横动量积分。横动量积分。15SiversSivers Function f Function f 1T1T 19901990年年D.SiversD.Sivers 引出的引出的. . s sT T,k,kT T分别是质子和夸克的横向自分别是质子和夸克的横向自旋和动量旋和动量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分别是夸克和强子的横向自旋和动量分别是夸克和强子的横向自旋和动量hep-ph/0408124hep-ph/0408124夸克自旋如何转换成角动量？夸克自旋如何转换成角动量？17方位角单自旋不对称方位角单自旋不对称 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测量进展测量进展- gp120测量进展测量进展- 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轨道角动量轨道角动量 DVCS AUT Sin( - s)cos 294. 4. 实验室及测量方法实验室及测量方法 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实验室实验室 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实验室实验室 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空间分辨率空间分辨率探针的波长同探测区域的关系探针的波长同探测区域的关系1.5/Q, Q1.5/Q, Q决定了探决定了探测的空间分辨率，及分布函数的测的空间分辨率，及分布函数的Q Q相关性相关性 and and its evolution with its evolution with Q Q

13、；33运动学的区域运动学的区域 X and Q234各种反应和观测量各种反应和观测量lhlhllh h, ,弹弹性散射弹弹性散射，类空的形状因子，类空的形状因子lhlhllX X, DIS, DIS, , 夸克分布函数夸克分布函数lhlhllhXhX, SIDIS, SIDIS, , 夸克分布和碎裂函数夸克分布和碎裂函数e e+ +e e- -hh h h, ,类时形状因子，碎裂函数类时形状因子，碎裂函数e e+ +e e- -hhX X, , 碎裂函数，碎裂函数，h h1 1h h2 2 + + - -X, DY,X, DY, 夸克分布函数夸克分布函数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极化实验极化实验 束，靶的极化和出射粒子的极化测量能构束，靶的极化和出射粒子的极化测量能构成成单，双和叁重单，双和叁重等的极化实验。气体，固等的极化实验。气体，固体极化靶。自旋观测量：体极化靶。自旋观测量

15、： 单极化不对称，单极化不对称，A AN N=(=( - - )/ ()/ ( + + ) )， 双极化不对称，双极化不对称， A ANNNN=(=( +- - +)/ ()/ ( + + +) )。38RHIC and neutrino factory G, a0 and a8, Light quark flavor. s and s.395 5 未来的加速器和探测器未来的加速器和探测器 单举实验，单举实验，E Ee e=50-100GeV=50-100GeV，10103535cmcm- -2 2s s-1-1； 遍举实验，遍举实验，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； 高计数率和高质量分辨的大接收度高计数率和高质量分辨的大接收度（4 4 ）谱仪和电子学。