核子三维结构与小x胶子极化效应

Transverse momentum dependent parton distributions(TMDs) inside a nucleon/nuclei are attracting increasingly interest since they contain detailed information on the three dimensional structure of nucleon/nuclei. In particular, the emergence of a semi-hard scale, so-called saturation scale at small x allows us to study gluon TMDs using the perturbative method. Our recent work has shown that there exists significant polarization effects at small x. The objective of the proposed project is to investigate how to access the spin dependent gluon TMDs experimentally. To be more precise, we propose to measure linearly polarized gluon TMD throughazimuthal asymmetry in various high energy scattering processes. On the other hand, the small x gluon Sivers TMD can be probed in the jet-photon production in transversely polarized proton-proton collisions. In this project, we plan to carry out the detailed phenomenological analysis for these processes and make the explicit numerical estimations for the mentioned observables. We emphasize that these measurements can be conveniently performed at RHIC and future EIC. The proposed project is thus very useful and relevant for the future experimental studies of the polarization effects in the saturation regime.

因为横动量依赖部分子分布函数可以提供有关核子与原子核三维结构的信息， 相关研究目前吸引了人们越来越多的兴趣。特别是在小x区域， 由于一个硬饱和标度的出现，人们可以通过系统的微扰方法计算小x区的胶子分布函数。我们最近的工作表明在小x区存在显著的自旋依赖效应。本项目的目标就是研究如何将这些极化效应与实验可测量联系起来， 如线性胶子极化分布函数会导致高能散射过程中的方位角不对称。另外，人们可以通过横向极化质子-质子对撞中产生的光子-喷注产生过程来测量胶子Sivers函数。本项目拟对这些散射过程做详细的唯象分析和数值计算。由于相关物理量都可以便利的在RHIC和未来EIC上测量，本项目和将来的饱和区胶子极化效应的实验研究将是高度相关的。

横动量依赖部分子函数是研究核子与原子核内部三维结构的的重要物理量. 我们早期的工作揭示了在小x区域, 线偏振横动量依赖胶子分布函数会有非常大的贡献. 但是由于实验上的困难, 线偏振胶子分布函数目前没有实验测量. 我们发现类似的分析可以适用于QED情形, 即, 一个高速移动的电荷所激发的电磁场是高度线性偏振的. 电磁场相对应的光量子也是高度线性极化的, 其极化方向平行于光子横动量分布. 我们进一步建议通过重离子超边缘碰撞中光光融合过程产生的电子对的cos4phi方位角不对称来探测光子的线偏振. 这一理论预言随后很快被STAR合作组的实验证实. 特别的, 当我们在理论计算中考虑到碰撞依赖参数依赖后, 理论计算与实验测量值符合的非常好. 实验验证QED的线偏振效应大大增强了我们对QCD中存在线偏振效应的信心, 也有助于更深入理解核子中饱和区域胶子的线偏振效应以及相关动力学. 同时, 我们可以利用重离子对撞中的高亮度线性偏正光子束流做为一个新的强有力的实验工具去探索新型的QCD唯象. 例如, 在重离子超边缘碰撞中, 线偏振光子可以诱导衍射光致矢量介子产生截面中的cos2phi方位角不对称. 这个物理观测量对核物质在横向平面的分布特别敏感, 对于研究高密度胶子物质在横向坐标空间分布有重要意义.