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横动量依赖(TMD)的分布函数目前是强子物理领域一个研究的热点,相比于众多描述强子结构的方案来说,横动量依赖的分布函数不仅能够给出强子结构的完整的三维图像,而且其物理图像清晰,实验上易于测量,近几年来成为研究的重要方向。在未来的若干年里,一些重要的实验组将针对其开展精确的测量,为理论研究提供有力支持。最早提出的分布函数是在共线因子化方案下定义的,在描述包括非极化和极化深度非弹散射实验中取得了巨大成功,然而在面对横向极化实验中出现的超预期的较大不对称度时,原有的共线因子化方法遇到了难题。横动量依赖的因子化方案正是在这种背景下应运而生,在这种方案里,夸克的横动量被考虑进来,横动量和自旋极化方向的关联可以用于解释产生的巨大不对称度。这种框架下定义的分布函数就是横动量依赖的分布函数,相比于原来共线因子化框架下的分布函数,横动量依赖的分布函数除了依赖于纵向动量分数z外,还依赖于夸克的横动量。不仅如此,领头扭度描述质子结构的横动量依赖的分布函数的数量也大大增加,原先在共线因子化方案中需要三个,而今需要八个。这八个横动量依赖的分布函数中有三个可以通过直接对横动量积分跟共线因子化框架下的三个分布函数联系起来,它们是非极化分布函数f1,螺旋度分布函数g1以及横向分布函数h1。前面两个分布函数在单举深度非弹散射过程中已经被研究得很多了(但不包括横动量依赖关系),最后一个因其具有特殊的手征变换性质无法通过单举过程测量,因而对其深入研究的任务遗留到了今天。如今,随着实验技术的进步,大家可以研究包括横向自旋分布在内的更多分布函数的性质,同时还能研究它们的横动量依赖关系,从而给大家一个关于质子结构的更加丰富完整的图像。
分布函数是强子反应中不可微扰计算的那部分因子,除了直接进行参数化外,目前只能通过模型进行计算。这篇论文将采用光锥场论下的Su(6)夸克——旁观双夸克模型来计算质子领头扭度的六个时间反演不变的横动量依赖的分布函数。这个模型是一个价夸克模型,质子在这个模型里由一个夸克和一个旁观双夸克构成,参与反应的只是被激发的夸克,旁观夸克并不参加反应,而是作为旁观的残余碎片直接强子化。本论文计算中需要转换到光锥形式下,这是一种不同于瞬时形式的新的参数化时空的形式。光锥形式具有真空简单、可定义的与相互作用无关的运动学变量最多等优点,被认为适于讨论高能反应。本研究将用这套语言计算横动量依赖的分布函数。
横动量依赖的分布函数实验上可以通过研究高能反应中的自旋不对称度来获得。本研究的平台是半单举深度非弹散射和Drell-Yan过程,手段是单自旋不对称度。相关的实验正在或即将开展。本论文计算的六个领头扭度的时间反演不变的分布函数中,非极化分布函数f1和螺旋度分布函数g1通过更简单的单举过程即可测量,无需通过这些较为复杂的过程。横纵度G1t只能通过双自旋不对称度来测量,因而也不在这篇论文里讨论,剩下的三个,横向分布函数h1、麻花度h1/1T和纵横度h1/1L,本研究将结合HERMEs、COMPAss和Jlab等实验组的具体运动学变量区域,给出我们的模型对于各个实验组相关不对称度的预言。横向分布函数h1是大家很早就提出但无法在单举过程中被研究的量;麻花度h1/1T通常认为是反映了核子里的相对论效应,但我们的一篇工作提出这个量可能与夸克的轨道角动量有关,因此对这个量的研究目前引起了大家的兴趣;纵横度h1/1L是最近才慢慢走近大家视野的“新”分布函数。这篇论文给出我们的模型预言,期望在未来的实验中得到检验,以丰富完善我们关于核子自旋结构的认识。