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从经典光学中的衍射现象到高能散射中的衍射过程

范曼  
【摘要】:核物理主要研究的内容是原子核和核子的结构及其背后的物理机制。高能核结构的理论主要是通过量子色动力学(Quantum Chromo-Dynamics,简称QCD)等各种理论工具来计算高能散射过程,而高能散射中的衍射过程是众多过程中特别有意义的一种。在电子质子深度非弹性散射中有较大一部分的事例是衍射过程。衍射过程对于高能核物理中的小x物理的研究特别是计划中的电子离子对撞机(electron-ion collider,简称EIC)上寻找胶子饱和现象的研究尤其重要。高能散射衍射双喷注的产生可以用来探测胶子Wigner分布的傅里叶变换。部分子量子相空间的Wigner分布函数包含了关于部分子分布的所有信息,因此被认为是所有分布函数的母函数。人们希望能够找到实验的探针去探测Wigner分布函数。在小x极限下,广义横向动量依赖(generalized transverse momentum dependent,简称GTMD)的胶子偶极子分布函数的傅里叶变换即为小x胶子Wigner分布函数。研究发现可以用高能散射衍射双喷注的产生去探测小x胶子Wigner分布的傅里叶变换。我们在MV模型下,化简小xGTMD胶子偶极子分布函数的傅里叶变换,并在本文中画出了小x胶子分布函数xW随q⊥和b⊥变化的三维立体图像。为了全面地了解高能散射衍射,本文分别讨论了经典光学、量子力学和高能散射中的衍射过程及这三者的联系与区别。在经典光学中,一束平面波投射到障碍屏上时,可以用菲涅尔-基尔霍夫公式来计算这个过程。在高能粒子衍射中对于光学中衍射的应用,主要感兴趣的是弗朗和费衍射。在对弗朗和费衍射进行分析计算后,会得到光学定理。从量子力学的角度和场论的角度出发也可以得到光学定理。光学定理构造了光学的衍射和量子力学以及量子场论之间的联系。除了光学定理以外,经典光学与高能散射衍射还有一些联系与区别。平面波发生衍射,在接收屏上会形成衍射图像,在QCD中弹性散射有类似的图像。我们对经典衍射进行分析的时候发现:经典衍射的总散射截面对应于高能散射的总散射截面,经典衍射散射截面对应于高能散射的弹性散射截面,经典衍射吸收截面对应于高能散射的非弹性散射截面。虽然经典衍射和高能散射衍射有类似的地方,但它们也存在本质的区别。


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