核子横向自旋结构研究

发布时间：2017-05-24 19:21

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【摘要】：为了探测核子内部结构和研究核子内部分子的强相互作用动力学,实验上采取测量自旋依赖的可观测量,对核子白旋结构的研究经常给研究人员带来让人兴奋和吃惊的结果。在1980年代出现的核子自旋危机表明,简单的夸克-部分子模型在描述核子结构方面有局限性,这直接导致了全世界的核物理和粒子物理学家提出了各种各样的实验和理论去研究核子的自旋结构。尽管如此,受到各种实验技术和理论的发展限制,研究人员的主要精力还只是停留在核子纵向极化的研究上。近些年,由于理论上的一些突破,研究人员在核子横向自旋结构和核子内部分子的强相互作用机制方面有了更深入的了解,实验上测量和验证核子横向自旋和核子内的强相互作用动力学又成为全世界核物理和粒子物理学家关注的焦点。国内有一批理论家在核子横向结构计算方面有比较突出的贡献,但是由于受到技术的限制,国内目前还没法进行相应的实验,美国杰弗逊国家实验室(JLab)拥有世界上在几个GeV能区最好的极化电子束流,并且在该实验室能够制备世界一流的高极化度靶,这样使得美国Jefferson国家实验室成为进行相关实验的热门实验室。 JLab的E06-010实验是世界上第一次用极化电子束打横向极化的3He靶来研究中子的横向自旋结构。该实验是一个打靶实验,靶后面有2个探测臂,个叫做HRS(用来探测末态的强子),对强子有非常好的能动量分辨和粒子种类鉴别能力,另外一个臂叫BigBite(用来探测被散射的电子),这2个探测臂利用符合技术测量e+3He-e'+(pion, kaon,proton)的半单举过程(SIDIS process)的截面在核子自旋依赖上的不对称性来推测中子的横向自旋结构。下一代的实验测量,Jlab会用覆盖2π的名叫SoLID的谱仪,这个谱仪已经被Jlab12GeV升级项目通过,这个谱仪在核子横向自旋结构研究的实验中在核子多维结构测量和核子横向动量分布测量方面给出非常高的精度。 此论文的主要结果包括三项：1.带电奇异K-介子在半单举深度非弹性散射反应中(Semi-Inclusive Deep Inelastic Scattering)与靶的横向自旋的单相关性(Transverse Target Single Spin Asymmetry)的研究,2.带电pi介子,及K-介子在强子单举反应中(Inclusive hadron production)与靶的横向自旋的单相关性研究,3.带电pi介子与极化电子速流和极化靶的自旋双相关性(beam-target double spin asymmetry)的研究。
【关键词】：
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O571
【目录】：

• 摘要6-7
• 英文摘要7-10
• 致谢10-27
• 1 Introduction27-44
• 1.1 Electromagnetic Probe27-30
• 1.2 Form Factors30-32
• 1.3 Deep-inelastic Scattering(DIS)32-44
• 1.3.1 Unpolarized Structure Functions37-39
• 1.3.2 Polarized Structure Functions39-42
• 1.3.3 h_1(x)42-44
• 2 Physics Motivation44-57
• 2.1 Semi-inclusive Deep Inelastic Scattering(SIDIS)45-47
• 2.2 Transvers-Momentum-Dependent Parton Distributions(TMDs)and Fragmentation Functions(FFs)47-55
• 2.2.1 Interpreting SIDIS Process in the Parton Model47-49
• 2.2.2 TMDs at Leading twist49-52
• 2.2.3 Fragmentation Functions52-53
• 2.2.4 TMD Factorization and Collinear Factorization53-54
• 2.2.5 Model Calculations of TMDs54-55
• 2.3 Probing the Collins and Sivers Effects55-57
• 3 Experimental Setup57-87
• 3.1 Overview57-58
• 3.2 Incident Electron Beam58-66
• 3.2.1 The Continuous Electron Beam Accelerator58-60
• 3.2.2 Hall A Bcarnline60-66
• 3.2.2.1 Beam Energy Measurement61-62
• 3.2.2.2 Beam Position Monitor(BPM)and Raster62-64
• 3.2.2.3 Beam Current Monitor(BCM)64-66
• 3.3 BigBite Spectrometer66-71
• 3.3.1 BigBite Magnet68-69
• 3.3.2 Multi-wire Drift Chamber(MWDC)69-70
• 3.3.3 Lead-glass Calorimeter70-71
• 3.3.4 Scintillator Plane71
• 3.4 Left High Resolution Spectrometer(HRS)71-81
• 3.4.1 Vertical Drift Chambers(VDC)72-75
• 3.4.2 Two Scintillator Planes S1 and S2m75-76
• 3.4.3 Cherenkov Detectors76-80
• 3.4.3.1 Aerogel Cherenkov Detector77-78
• 3.4.3.2 C02 Gas Cherenkov Detector78-79
• 3.4.3.3 RICH detector79-80
• 3.4.4 Lead-glass Detector80-81
• 3.5 Polarized ~3He target81-82
• 3.6 Data Acquisition(DAQ)and Trigger82-87
• 3.6.1 CODA82-83
• 3.6.2 Trigger Design83-87
• 4 Data Analysis87-135
• 4.1 Detector calibrations87-100
• 4.1.1 BigBite MWDC Calibration88-90
• 4.1.2 BigBite Spectrometer's Optics90-93
• 4.1.3 BigBite Calorimeter Calibration93-94
• 4.1.4 LHRS Calibrations94-98
• 4.1.5 Coincidence Time-of-Flight98-100
• 4.2 Event Selection100-116
• 4.2.1 Electron Selection from BigBite100-104
• 4.2.2 PID in LHRS104-111
• 4.2.3 (e',kaon)SIDIS Event Selection111-116
• 4.3 Analysis Method116-127
• 4.3.1 The Local Pair Method116-117
• 4.3.2 The Maximum Likelihood Method117-127
• 4.4 Prescale Factor Effects127-130
• 4.5 Dilution Study130-135
• 4.5.1 N_2 Dilution130-134
• 4.5.2 Proton Dilution134-135
• 5 Results and Discussions135-174
• 5.1 Collins and Sivers Asymmetries in ~3He↑(e,e'K~±)X Processes136-148
• 5.1.1 Results136
• 5.1.2 Contaminations136-138
• 5.1.3 N_2 Dilutions138
• 5.1.4 Systematic Uncertainties138-143
• 5.1.5 One Binning Analysis143
• 5.1.6 Numerical calculation143-145
• 5.1.7 One-Term Fit145-146
• 5.1.8 Discussions146-148
• 5.2 Beam-Target Double-Spin Asymmetries(DSA)in Inclusive Hadron (pions,kaons and protons)Production148-161
• 5.2.1 Results148-155
• 5.2.2 Contaminations155
• 5.2.3 Dilutions155-158
• 5.2.3.1 N_2 Dilution factors155-156
• 5.2.3.2 Proton Dilution factors156-158
• 5.2.4 Systematic Uncertainty Sources158-159
• 5.2.5 Discussions159-161
• 5.3 Target Single Spin Asymmetries in Inclusive Hadron Production161-165
• 5.3.1 Results161-163
• 5.3.2 Control of False Asymmetry163
• 5.3.3 Discussions163-165
• 5.4 Beam-Target Double-Spin Asymmetries in Inclusive electron Production165-172
• 5.4.1 Binning Information and Kinematic Variables166-167
• 5.4.2 Obtaining Asymmetries167-171
• 5.4.3 Combination of Data171-172
• 5.4.4 N_2 Dilution Factors172
• 5.5 Conclusion172-174
• APPENDICES174-181
• A Coordinate system175-176
• B Summary of systematic uncertainties for different sources176-181
• REFERENCES181-193
• Biography193

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 傅永平;王东云;杨海涛;;相对论质子-质子碰撞产生的π~0介子研究[J];内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版);2013年05期

2 JI XiangDong;;Parton physics from large-momentum effective field theory[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2014年07期

3 K.A.Olive;K.Agashe;C.Amsler;M.Antonelli;J.-F.Arguin;D.M.Asner;H.Baer;H.R.Band;R.M.Barnett;T.Basaglia;C.W.Bauer;J.J.Beatty;V.I.Belousov;J.Beringer;G.Bernardi;S.Bethke;H.Bichsel;O.Biebe;E.Blucher;S.Blusk;G.Brooijmans;O.Buchmueller;V.Burkert;M.A.Bychkov;R.N.Cahn;M.Carena;A.Ceccucci;A.Cerr;D.Chakraborty;M.-C.Chen;R.S.Chivukula;K.Copic;G.Cowan;O.Dahl;G.D'Ambrosio;T.Damour;D.de Florian;A.de Gouvea;T.DeGrand;P.de Jong;G.Dissertor;B.A.Dobrescu;M.Doser;M.Drees;H.K.Dreiner;D.A.Edwards;S.Eidelman;J.Erler;V.V.Ezhela;W.Fetscher;B.D.Fields;B.Foster;A.Freitas;T.K.Gaisser;H.Gallagher;L.Garren;H.-J.Gerber;G.Gerbier;T.Gershon;T.Gherghetta;S.Golwala;M.Goodman;C.Grab;A.V.Gritsan;C.Grojean;D.E.Groom;M.Gr，

本文编号：391746