[论文解读] TMDs, universality and factorization

U. D’Alesio|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 1

一句话总结

本文研究了微扰QCD中的横动量依赖部分子分布函数（TMDs）、其普遍性及因子化。研究证明，Sivers函数和Boer-Mulders函数等TMDs编码了部分子轨道角动量与自旋-轨道关联的关键信息，其过程依赖性揭示了基本的QCD动力学。关键贡献在于，展示了由于规范链接结构的存在，TMD普遍性以可计算的方式被破坏，为QCD的运作提供了关键检验。

ABSTRACT

We present a short overview on transverse momentum dependent parton distribution and fragmentation functions, giving their partonic interpretation and ways to access them. We then discuss the issue of their universality and its connection to factorization in perturbative QCD.

研究动机与目标

• 阐明核子结构中横动量依赖部分子分布函数（TMDs）的 partonic 解释。
• 研究TMDs的普遍性及其在不同过程中的破坏，原因在于非平凡的规范链接。
• 建立TMD因子化与微扰QCD之间的联系，特别是在高能强子与轻子-核子散射中。
• 探讨如何通过Drell-Yan过程、SIDIS以及pA碰撞中的喷注关联等实验手段探测TMDs。
• 研究TMDs在探测核子自旋与轨道角动量中的作用，特别是通过手征-奇与扭曲-三分布。

提出的方法

• 使用夸克-夸克关联函数Φq(x, k⊥, S)通过带有规范链接Wη(0,z)的矩阵元定义TMDs，以确保色规范不变性。
• 应用狄拉克投影提取八种leading-twist TMDs，区分未极化、螺旋度与横向极化分布。
• 分析Sivers函数f⊥q1T与Boer-Mulders函数h⊥q1作为对部分子轨道角动量与自旋-轨道关联敏感的关键TMDs。
• 利用颜色玻璃凝聚体（CGC）框架在小-x区域建立TMD因子化，并将其与Weizsäcker-Williams分布及颜色二极子分布相联系。
• 将广义部分子模型（GPM）与扭曲-三共线因子化对比，用于单自旋不对称性（SSAs），突出Sivers函数行为的差异。
• 证明Sivers函数的过程依赖性源于规范链接结构，当扩展至包含规范链接的完整TMD因子化时，导致SSAs中符号反转。

实验结果

研究问题

• RQ1 TMDs如何编码核子中部分子轨道角动量与自旋-轨道关联的信息？
• RQ2 TMD普遍性在不同硬散射过程中在多大程度上得以保持？其破坏的原因是什么？
• RQ3 Sivers函数与Boer-Mulders函数在过程依赖性与物理解释上存在哪些差异？
• RQ4 规范链接在诱导过程依赖性TMDs中起什么作用？这如何影响因子化定理？
• RQ5 小-x区域的TMD因子化能否与CGC形式体系一致地连接？能否与Weizsäcker-Williams分布等有效理论相联系？

主要发现

• 由于非平凡的规范链接，Sivers函数f⊥q1T具有过程依赖性，当应用完整TMD因子化时，导致单自旋不对称性中符号反转。
• Boer-Mulders函数h⊥q1导致未极化质子中的横动量不对称性，与部分子的内在运动及轨道角动量相关。
• 在小-x区域，TMD因子化将Weizsäcker-Williams胶子分布与DIS中的夸克-反夸克喷注关联相联系，而颜色二极子分布则在pA碰撞中的直接光子-喷注关联中被探测。
• 在γ*A →jet jet X过程中，大核中Sivers函数在高k⊥时达到其正定性边界，但在低k⊥时被抑制；而在pA →γ*jet X过程中，二极子分布则在所有k⊥下均达到该边界。
• 建立了Sivers函数一阶矩与扭曲-三夸克-胶子关联函数之间的定量联系，尽管SIDIS与pp →πX的拟合结果之间仍存在符号不一致。
• 将规范链接引入广义部分子模型（GPM）后，成功解释了SSAs中的符号反转，解决了以往拟合方法中的不一致性。