利用基矢光前量子化方法研究核子结构

来源 :中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:Luke_ibox
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核子结构作为高能核物理的前沿课题之一备受关注。随着电子离子对撞实验的提出,对核子甚至强子内部结构的研究提出了更高的要求。在理论研究方面,人们需要更加可靠、精确的计算,尤其是胶子和海夸克分布函数的计算。从量子色动力学(QCD)的提出到今天,科学家们尝试了各种各样的方法用来研究核子结构,然而也仅有少数几种方法能够给出胶子和海夸克分布信息的方法。基矢光前量子化方法(BLFQ)作为一种有可能实现光前坐标系下第一性原理计算的非微扰求解束缚态系统的方法被提出,且近年来被成功应用于多种束缚态系统的研究当中。因此我们将BLFQ方法应用于核子系统的研究,并将BLFQ结果与实验结果及多种模型计算进行比较,以此更好的研究核子中胶子、夸克等部分子的分布。在应用BLFQ求解核子系统中,我们首先将核子在Fock空间展开到领头阶(|qqq>,通过构造横向和纵向禁闭势,及单胶子交换势来模拟QCD中夸克-夸克间的相互作用,同时加入动能项得到光前哈密顿量。再通过对角化光前哈密顿量得到核子的能谱和光前波函数。利用波函数,我们计算了核子中价夸克的部分子分布函数(PDF),形状因子(FFs),广义部分子分布函数(GPDs)等,并预测了核子的分布半径和各种荷。与实验结果以及格点计算结果进行比较,发现BLFQ方法对核子的各种基本属性展现出了良好的预测能力。尤其是对质子的电磁半径的计算,BLFQ的结果为0.80±0.04 fm,接近实验测量的0.833±0.010 fm。但在对核子内的自旋依赖的部分子分布函数进行研究的时候,在仅考虑领头阶的贡献时,BLFQ计算相较实验分析结果存在一定的偏离。为了更进一步研究核子的内部结构,我们在前一工作的基础上加入次领头阶Fock态的贡献(|qqq>+|qqqg>。在加入次领头阶Fock态展开后,单胶子交换势被QCD顶点相互作用和瞬时胶子交换相互作用替换,从而得到了更接近第一性原理计算的光前哈密顿量。与将核子的领头阶展开类似,我们利用对角化哈密顿量得到的光前波函数计算多种可观测量。在保证价夸克的FFs、PDFs与全局拟合结果一致的情况下,我们研究了核子中胶子的分布,相比较仅考虑领头阶情况下胶子的部分子分布,加入更高Fock态之后,胶子在大动量分数(x)区域的占比增高,小x区域占比被压低,更接近全局拟合的结果。同时,我们发现在包括次领头阶Fock态后,夸克和胶子对核子的自旋贡献有着明显的改善,其中胶子自旋贡献的占比在26%,接近COMPASS的结果(40%)和NNPDF在加入STAR实验结果之后的全局拟合结果(~42%)。
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