[论文解读] Seeking Partonic Pictures of Proton Spin

Xiangdong Ji, Xiaonu Xiong+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文利用高阶部分子分布（GPDs）在硬散射过程中的表现，推导出质子自旋的极化求和规则。对于横向极化的质子，该文从主导阶GPDs建立了求和规则；对于纵向极化的质子，其自旋被分解为夸克/胶子螺旋度与轨道角动量，后者与可观测的次主导GPDs及相空间中的Wigner分布相联系。

ABSTRACT

We present a systematic study of the proton spin structure in terms of measurable parton distributions. For a transversely-polarizedproton, we derive a polarization sum rule from the leading generalized parton distributions appearing in hard exclusive processes. For a longitudinally-polarized proton, we obtain a helicity decomposition from well-known quark and gluon helicity distributions and orbital angular-momentum contributions. The latter is shown to be related to measurable subleading generalized parton distributions and quantum-phase space Wigner distributions.

研究动机与目标

• 开发一个系统性框架，以可观测的部分子分布来理解质子自旋。
• 利用主导阶广义部分子分布（GPDs）推导出横向极化质子的极化求和规则。
• 通过引入夸克与胶子螺旋度及轨道角动量贡献，为纵向极化质子提供螺旋度分解。
• 将轨道角动量分量与可观测的次主导GPDs及量子相空间Wigner分布相联系。
• 在理论自旋分解与硬散射过程中可实验测量的可观测量之间建立桥梁。

提出的方法

• 从硬散射过程中主导阶广义部分子分布（GPDs）出发，推导出横向极化质子的极化求和规则。
• 应用已知的夸克与胶子螺旋度分布，对纵向极化质子的自旋分解进行处理。
• 将轨道角动量（OAM）贡献作为自旋求和规则中的关键组成部分，将其与次主导GPDs相联系。
• 利用量子相空间Wigner分布，以可观测形式表示OAM贡献。
• 依赖广义部分子分布（GPDs）及其演化形式，将自旋结构与可观测矩阵元相连接。
• 通过使用次主导GPDs与相空间分布，建立OAM项与可观测量之间的联系。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何利用主导阶广义部分子分布，系统性地分解横向极化质子的自旋？
• RQ2 轨道角动量在纵向极化质子自旋中起什么作用，如何将其与可观测的部分子分布相联系？
• RQ3 次主导广义部分子分布如何与质子自旋结构中的轨道角动量贡献相联系？
• RQ4 量子相空间Wigner分布以何种方式为质子中轨道角动量提供可观测的表示形式？
• RQ5 能否利用GPD形式体系，将完整的质子自旋求和规则表达为实验可测量的部分子分布？

主要发现

• 直接从硬散射过程中主导阶广义部分子分布（GPDs）推导出横向极化质子的极化求和规则。
• 对于纵向极化质子，自旋分解包括夸克与胶子螺旋度分布，以及一个独立的轨道角动量（OAM）贡献。
• OAM贡献被证明与可观测的次主导广义部分子分布（GPDs）相关。
• OAM项进一步与量子相空间Wigner分布相联系，为轨道运动提供了相空间表示。
• 该形式体系建立了理论自旋分解与实验可观测量之间的直接联系，通过GPD实现。
• 该研究提供了一个框架，使质子自旋的所有组成部分——螺旋度与OAM——均可表示为可观测的部分子分布。