核子(质子和中子的总称)大约占宇宙中可见物质总质量的99%.作为构成宇宙可见物质中的最主要成分,核子也是研究强相互作用,尤其是禁闭区非微扰QCD的重要实验室.电子离子对撞机(Electron Ion Collider, EIC),被称作当代卢瑟福散射实验,是人类认识物质世界深层次结构,特别是核子与原子核结构的理想工具.中国极化电子离子对撞机项目设想在已开建的HIAF高能离子束的基础上升级建造中国电子-离子对撞机(EIC in China,EicC),为我国核物理与粒子物理以及相关科学领域提供大型综合实验平台.本文综述了EicC在核子内不同味道海夸克的一维自旋味道结构、横动量依赖部分子分布函数、广义部分子分布函数测量的理论和模拟研究,展示了EicC在以上测量中可达到的预期精度,以及与现有测量精度的对比.另外,本文也综述了EicC在质子质量起源、重味强子谱、核介质效应及π介子的内部结构等重要物理问题中的潜在贡献,以及EicC探测器概念设计.EicC装置将有力地促进人们对核子自旋和质量的起源、夸克胶子禁闭机制等基本问题的理解.
本文概述了基于粒子加速器的核物理研究主要的前沿方向和重要科学问题,分析了用于核物理研究的粒子加速器大科学装置发展现状和未来发展态势.国家"十二五"重大科技基础设施"强流重离子加速器装置"(High Intensity heavy-ion Accelerator Facility,HIAF)和"加速器驱动的嬗变研究装置"(China Initiative Accelerator Driven System,CiADS)正在广东惠州建设.以HIAF和CiADS为基础,本文提出建设用于核物理及其交叉前沿研究的大型带电粒子加速器集群装置——高亮度电子-离子研究装置(Bright Electron and Ion Research Facility,BEIF).依托BEIF装置拟开展的核物理前沿研究方向包括原子核结构、核天体物理、核子结构、夸克物质相结构,以及基础物理若干重要前沿与核物理的交叉,如高离化态原子物理、重离子驱动的高能量密度物理等.BEIF是由多台超导直线加速器、同步加速器、储存环、反应堆和各类大型实验探测器及实验终端等组成的大科学装置集群.BEIF计划分三期进行建设,建成后的装置将极大地推动我国的核物理和核科学技术研究能力的提升.
轻标量介子性质研究是当今中高能核物理研究中的热点问题之一,特别是质量低于1 Ge V的标量介子f_0(980)的内部结构一直存在争议,至今未达成共识。基于前人的研究结果,运用有效拉氏量方法,对f_0(980)粒子的光生过程γp→pf_0(980)进行了更深入的理论研究。探讨了两种传播子形式下得矢量介子ρ和ω交换的贡献,第一种是选择雷吉传播子,第二种是选择普通费曼传播子。第二种形式的微分散射截面理论结果与现有实验数据符合比第一种形式的结果好。基于此,计算了两种形式的总截面,两种形式给出的理论结果相差很大。另外,给出了γp→pf_0(980)→pπ+π-过程的π+π-不变质量分布的理论预言,发现π+π-不变质量分布对于f_0(980)于KˉK的耦合常数(gf_0KˉK)有很强的依赖关系,不同的gf_0KˉK给出明显不同的π+π-不变质量分布。将来相关实验数据可以验证这些理论预言,并对矢量介子传播子形式和耦合常数gf_0KˉK做出限制,加深人们对f_0(980)粒子的认识。
