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核子结构是当前物理的前沿课题,近几十年来一直受到理论和实验物理学家的关注。1969年,Feynman提出了部分子模型,随后Bjorken将其应用到深度非弹性过程中去。部分子模型能较好地解释当时的实验数据,人们一度认为部分子就是Gell-Mann的夸克模型中的夸克。后来人们发现,两者并不能简单地等同起来。夸克-反夸克海以及胶子随后被加入进来。
核子结构可以由这些部分子的分布函数(PDFs)来加以描述,它与强相互作用密切相关,然而强相互作用的基本理论-量子色动力学(QCD)目前还无法对其进行微扰计算,这是由于核子结构有着很强的非微扰效应。很多基于QCD精神的模型被相继提出,统计模型作为其中的一种,有着自由参数较少,物理图象简明清晰等优点。
本论文主要通过用光锥变量表达的统计分布,推导出了整个x区间[0,1]上的部分子分布函数的解析表达式,这些分布函数与以前用无穷大动量坐标系(IMF)的统计模型的结果有所不同,与未加可调参数及修正项的这些模型相比,本模型的结果(特别是在小x区域)与实验数据符合得更好。模型能自然地得到核子海味道不对称的信息-d(x)>-u(x)。对得出的PDFs及结构函数与实验比较发现,统计效应在某些方面(如-d(x)—-u(x)、Fp2(x)—Fn2(x)等)体现得比较明显,说明了统计效应对核子结构有着不可忽略的作用。
模型中只有一个自由参量一核子温度T,它可以由Gottfried求和的实验值确定,从而核子的体积,夸克化学势等量通过解约束方程组均可一一确定。模型中涉及的都是基本的物理量,并没有人为增加一些可调参数或者修正项,这增强了本模型的可信度。
模型还被应用到核环境中,借以解释核介质中的核子结构函数明显不同于自由核子情况的现象(EMC效应)。通过拟合核介质中与自由核子的结构函数比值的实验数据,本人发现核介质对核子的影响可以等效为核子温度的降低,从而核子体积变大,夸克的化学势变小。以铁核为例,论文中进一步给出了部分子分布函数的比值,即qA(x)/qD(x),-q(x)/-qD(x),sA(x)/sD(x),及gA(x)/gD(x),这些预言跟别的模型预言结果并不相同,这需要将来更多的实验数据对现有的模型加以区分。