［本站讯］近日，山东大学前沿交叉科学青岛研究院粒子物理理论团队教授刘天博、副教授周雅瑾、教授梁作堂、博士研究生赵晓燕在超子产生与极化机制研究中取得突破，揭示在深度非弹性散射过程中靶碎裂机制引发显著的超子自旋转移压低效应。这一研究成果以“Suppression of Spin Transfer to Λ Hyperon in Deep-Inelastic Scattering”为题发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）。

自上世纪70年代，人们首次在高能强子散射实验中观测到意外的Λ超子极化现象[1]，超子的产生机制和极化起源一直是困扰高能自旋物理领域的一个难题。几十年来对超子极化现象的研究相继拓展到正负电子湮灭、轻子核子深度非弹性散射、相对论重离子碰撞等多种反应过程，以期在跨系统探索中揭示超子极化机制。

在早期高能正负电子湮灭实验中，人们通过弱中性流过程单举产生Λ超子的纵向极化测量证实夸克自旋极化可以由碎裂过程转移为超子自旋极化[2,3]，并且在唯象学上抽取了自旋转移碎裂函数。然而，本世纪以来HERMES[4]、COMPASS[5]、CLAS[6]等多个国际合作组在系统开展的高统计精度极化深度非弹性散射（DIS）实验测量中都发现超子纵向极化自旋转移远小于预期，明显偏离理论预言。

图1: 极化深度非弹性散射过程流碎裂与靶碎裂Λ超子产生示意图。

本研究指出DIS反应产生的末态强子既可能来源于直接参与硬散射过程夸克的强子化，称之为流碎裂，也可能来源于靶核子剩余部分的强子化，称之为靶碎裂。以往的实验分析和理论计算普遍认为可以由末态强子的动量或快度区分所谓流碎裂区域和靶碎裂区域。但是，根据现有固定靶DIS实验的事例分布发现流碎裂和靶碎裂在运动学区域上并不存在明显的界限。该研究进一步提出自旋这一物理观测量可以成为追踪末态超子来源的重要探针。

图2: 靶碎裂机制导致自旋转移压低效应与HERMES实验数据比较。

在流碎裂过程中，出射夸克由虚光子获得极高的自旋极化度，通过自旋转移碎裂过程产生具有很大极化度的Λ超子。然而高能夸克产生超子的流碎裂过程需要较大的相空间，这在现有能量的固定靶实验中受到抑制。而在核子剩余部分中具有特定量子数的夸克对组合可以更容易地形成Λ超子，因此其对反应截面的贡献可以与流碎裂相竞争。基于对核子与Λ超子自旋味道结构的分析，同位旋标量自旋标量的上下夸克对在靶碎裂过程中起主导贡献，并且产生的Λ超子是非极化的，从而将显著压低自旋转移信号。结合对靶碎裂函数的模型估计，在同时考虑流碎裂与靶碎裂贡献后理论计算与实验结果很好符合（如图2所示）。值得注意的是，通常被认为流碎裂主导的大动量分数区域也存在显著的自旋转移压低效应，这进一步印证了不能简单地由末态强子动量区分靶碎裂与流碎裂贡献。

图3: 靶碎裂机制导致自旋转移压低效应与CLAS实验数据比较。

这项研究不仅成功解释了深度非弹散射过程中Λ超子自旋转移实验测量与理论计算长期存在的偏离，还揭示了靶碎裂机制对于理解DIS反应和强子化过程至关重要的作用以及对极化相关物理测量的显著影响。同时，该研究结果表明自旋这一物理观测量可以成为探索强子化机制的一个重要探针，为理解强相互作用非微扰性质提供新的启发。

该研究得到科技部国家重点研发计划和国家自然科学基金委员会创新研究群体等项目资助。