非弹过程中的双光子效应及核子、核子激发态的结构

近年来，JLab的实验发现由Rosenbluth法和极化法得到的质子的电磁形状因子比存在着较大的差异，双光子交换机制成功地解释了这种差异。本项目将以简单强子模型和部分子模型为基础研究双光子效应的在非弹性散射过程中的贡献，并将其推广到电子-核子深度非弹过程。通过对电磁顶角独立洛伦兹结构的分析，研究双光子效应对相应结构函数的影响，进而研究双光子效应对相关物理量，特别是对散射截面和极化量的贡献。可以预计我们的研究结果将对实验上（包括JLab、BEPC和Panda的实验）精确分离核子、核子激发态的形状因子以及核子深度非弹的结构函数提供重要的理论支持，具有重要的学术意义。

对核子及核子激发态电磁性质的研究有助于揭示核子和核子激发态的内部结构，能够促进我们进一步理解夸克之间的相互作用，拓展我们关于量子色动力学（QCD）在低能区表现行为的认识。量子电动力学可微扰展开的特性以及现有实验测量精度的提高，使我们可以对电磁反应过程做更加精细的理论研究。本项目对e-N，e-3He，μ-p散射过程中双光子交换的贡献进行了深入的研究。结合相关实验测量，我们计算了双光子交换对核子和^3He电磁形状因子的修正，并计算了双光子交换对e-N，e-^3He散射过程单自旋不对称度的贡献。利用核子和^3He深度非弹结构函数之间的关系，以及双光子交换对e-N散射过程单自旋不对称度的贡献得到双光子交换对e-^3He散射过程中单自旋不对称度的贡献并与在强子模型中计算的结果进行比较。这些计算结果对理解由不同方法得到的核子电磁形状因子比的差异有重要的意义，同时对实验上精确测量中子的电磁性质具有一定的参考价值。结合“质子半径疑难”以及将要开展的μ-p散射实验，计算了μ-p散射过程中双光子交换的贡献，首次给出了考虑轻子质量和双光子交换后散射T-矩阵的一般形式和独立的洛伦兹结构，计算了双光子交换对相应的形状因子的贡献以及双光子交换对μ-p散射微分截面的贡献。这些理论计算能够帮助我们从μ-p散射过程的微分截面中正确抽取核子的电磁形状因子，进而得到质子电荷半径。计算了ep→eΔ(1232)过程双光子交换的贡献，分析得到了振幅的一般形式。这些研究结果加深了我们对核子激发态内部结构的认识，对从微分散射截面中正确抽取核子激发态的电磁形状因子有重要的指导意义。另外结合国内外强子物理的研究热点，开展了粲偶素和类粲偶素性质的唯象学研究，在重夸克偶素的衰变过程中引入了强子圈机制的贡献，合理解释了实验测量和微扰QCD计算之间的差异；对实验上观测到的某些类粲偶素提出了非共振态解释。这些研究有助于我们对QCD的非微扰效应的理解。