高能強(qiáng)子反應(yīng)中的超子極化及相關(guān)問題的研究.pdf

1、高能反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中一系列意外自旋效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)使高能極化實(shí)驗(yàn)成為研究強(qiáng)子結(jié)構(gòu)和強(qiáng)相互作用性質(zhì)的重要手段。由于弱衰變的+超子的極化可以比較方便地通過其衰變產(chǎn)物的角分布來確定，對超子極化的研究成為高能極化實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要內(nèi)容。最早的高能反應(yīng)中的意外自旋效應(yīng)即來自于超子極化實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)非極化高能強(qiáng)子一強(qiáng)子、強(qiáng)子一核反應(yīng)中產(chǎn)生的超子相對于產(chǎn)生面是橫向極化的，理論上卻不能解釋。幾乎與此同時(shí)，實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)在單極化強(qiáng)子一強(qiáng)子反應(yīng)中產(chǎn)生的末態(tài)強(qiáng)子存在方位角不對

2、稱，被稱作單自旋左右不對稱。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的不對稱度可高達(dá)40％，但理論上微擾QCD給出的部分子級的結(jié)果為0。這些實(shí)驗(yàn)原理簡單，信號明顯，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)前理論預(yù)言差別大，成為檢驗(yàn)QCD，發(fā)展強(qiáng)相互作用理論的重要場所。 文獻(xiàn)[10]注意到，非極化高能強(qiáng)子反應(yīng)中的超子極化與單自旋左右不對稱這兩類自旋效應(yīng)在所反映的物理實(shí)質(zhì)以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果上都有許多相似之處。受此啟發(fā)，文獻(xiàn)[10]提出超子極化與單自旋左右不對稱是相互關(guān)聯(lián)的，二者具有相同的起源，并

3、給出了聯(lián)系這兩類自旋效應(yīng)的一個(gè)具體物理圖象。他們將此物理圖象初步應(yīng)用到pp→∧X反應(yīng)中得到了與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合得很好的理論計(jì)算結(jié)果。并且還對其它反應(yīng)過程進(jìn)行了定性分析，結(jié)果也與實(shí)驗(yàn)一致。這為研究超子極化的來源提供了一條新途徑。于是在此基礎(chǔ)上將該物理圖象應(yīng)用到其它反應(yīng)過程，計(jì)算不同入射粒子的反應(yīng)中末態(tài)各類超子的極化，對它進(jìn)行進(jìn)一步檢驗(yàn)，就成為目前迫切需要研究的內(nèi)容。本文的第一部分內(nèi)容，就是從[10]的圖象出發(fā)，以單自旋左右不對稱的實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為

4、輸入，對p+p／A→H+X、K<,一>+p/A→H+X、π<'->一+p／A→H+X和∑<,一>十p／A→H+X等過程中產(chǎn)生的各類超子H(∧、∑<'士>和三<'o，一>)的極化作了系統(tǒng)的計(jì)算。給出了超子極化的解析計(jì)算公式及最終的數(shù)值結(jié)果，這些結(jié)果與已有實(shí)驗(yàn)一致。并對將來的實(shí)驗(yàn)作出了預(yù)言，可以作為進(jìn)一步檢驗(yàn)該理論模型的依據(jù)。 計(jì)算中，我們發(fā)現(xiàn)，【1o】中物理圖象給出的單自旋左右不對稱A<,N>的計(jì)算公式，與90年代FNAL E70

5、4組進(jìn)行的p<'inC>=200 GeV／c的p(↑)+p→開+X實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果相比較就可完全確定出其中的參數(shù)。然后我們可以比較方便地應(yīng)用到其它能量，從而對該圖象中單自旋左右不對稱的能量依賴進(jìn)行研究，由此得到的結(jié)果與最近BNL E925組給出的p<,inc>=22 GeV／c的p(↑)+p→π+X實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全一致。我們進(jìn)一步對極高能量下價(jià)夸克與反?？淇私M合達(dá)到一定飽和狀態(tài)的情況作了研究，并給出了極高能量下A<,N>的極限結(jié)果。這一結(jié)果可

6、與RHIC上平方根s=200 GeV／c的實(shí)驗(yàn)相比較。我們的預(yù)言與RHIC STAR實(shí)驗(yàn)組得到的結(jié)果一致。 計(jì)算中還牽涉一個(gè)重要的問題就是碎裂過程中的自旋轉(zhuǎn)移問題，它定義為碎裂前夸克的極化轉(zhuǎn)移到末態(tài)強(qiáng)子的幾率。顯然它應(yīng)由強(qiáng)子化機(jī)制和強(qiáng)子自旋結(jié)構(gòu)共同決定，因此對它的研究不僅能為強(qiáng)子化模型提供新的檢驗(yàn)，也可為強(qiáng)子自旋結(jié)構(gòu)提供重要信息。尤其是目前仍存在兩類不同的強(qiáng)子自旋結(jié)構(gòu)圖象，即SU(6)對稱的結(jié)構(gòu)夸克圖象(簡稱SU(6)圖象)和

7、高能下適用的部分子圖象(簡稱DIS圖象)，何者適合于高能碎裂過程是研究碎裂過程中的自旋轉(zhuǎn)移時(shí)急需回答的一個(gè)具體問題。碎裂過程中的自旋轉(zhuǎn)移可以通過不同高能反應(yīng)中末態(tài)超子的極化來進(jìn)行研究。一個(gè)重要的例子是極化的輕子-強(qiáng)子深度非彈性散射過程流碎裂區(qū)內(nèi)的超子極化。在能量足夠高時(shí)，流碎裂區(qū)內(nèi)的超子可看成是被擊中的夸克碎裂的結(jié)果，而由于碎裂前夸克的極化可由弱電相互作用的標(biāo)準(zhǔn)模型和核子內(nèi)夸克分布來確定，末態(tài)超子的極化實(shí)驗(yàn)上也能很方便地進(jìn)行測量，因此研

8、究該區(qū)域內(nèi)的超子極化是檢驗(yàn)不同自旋轉(zhuǎn)移圖象的理想場所之一。我組原來對輕子誘發(fā)反應(yīng)過程中的超子極化進(jìn)行了系統(tǒng)的計(jì)算。但與實(shí)驗(yàn)比較時(shí)發(fā)現(xiàn)：已有實(shí)驗(yàn)，如CERN NOMAD或DESY HERMES等，能量都比較低，流碎裂區(qū)的超子產(chǎn)生受靶剩余部分碎裂的影響很大，不適于對碎裂過程中的不同自旋轉(zhuǎn)移圖象進(jìn)行檢驗(yàn)。我們注意到此時(shí)看反超子的極化可以克服這樣的困難，因?yàn)榱魉榱褏^(qū)內(nèi)反超子的產(chǎn)生受靶剩余部分碎裂的干擾小，來源相對簡單。因此我們在原來的超子極化計(jì)

9、算的基礎(chǔ)上，利用SU(6)和DIS兩種圖象對這些反應(yīng)過程中反超子的縱向極化進(jìn)行了研究。我們首先將極化lp深度非彈散射過程中超子極化的計(jì)算公式系統(tǒng)地推廣到反超子的情形，給出了反超子極化的解析計(jì)算公式。然后對不同能量下的各種反超子H(Λ、Σ<'±>和Ξ<'0,+>)的極化作了系統(tǒng)計(jì)算，并與已有的COMPASS的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，我們的計(jì)算表明，COMPASS或更高能量下，在核子海夸克分布、碎裂函數(shù)具有電荷共軛對稱的前提下，流碎裂區(qū)中P<,