纷繁复杂的大自然物理现象中存在强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用以及引力相互作用共四种基本相互作用力。其中强相互作用由非阿贝尔规范理论-量子色动力学(QCD)来描述。QCD有两个最基本的性质：夸克禁闭和渐进自由。夸克禁闭表明夸克是被囚禁在强子内部的,因此我们无法在实验中观察到自由的夸克,只能看到最终的色单态强子。渐进自由则表明在动量标度很大的情形下,夸克胶子之间的耦合很小,从而使得我们可以对相关物理量作微扰展开计算。在本论文中,我们首先对高能物理做一个历史性回顾,进而对现在最前沿的重离子碰撞物理做简单的介绍。在第二章,我们阐述QCD的基本性质以及一些基本概念。渐进自由告诉我们在大动量标度情形下,QCD强耦合常数变小,因此我们可以对散射过程作微扰展开计算。然而,对于长程相互作用,微扰QCD无法处理。对于具体的物理过程,通常包含了长程作用和短程作用,因此我们需要将这两部分分离开来,这就是QCD因子化。实际上,非微扰物理量来自于强子或核的长程物理性质,这些量包括部分子分布函数,高扭度多部分子关联函数以及碎裂函数等等,它们是普适的,可以通过实验数据拟合得出。短程作用硬的部分依赖于所研究的物理过程,可以应用微扰QCD计算得出。在第三章,我们讨论QCD因子化在正负电子湮灭,轻子-强子深度非弹散射以及质子-质子碰撞Drell-Yan双轻子产生过程的应用,在这些过程中,描述长程作用的物理量,部分子分布函数和碎裂函数的定义依赖于正规化机制的选择,它们是普适的,并满足特定的QCD演化方程,我们可以在任一过程中测量和应用。然而,这些过程中短程作用硬的部分是彼此独立的,依赖于特定的散射过程,对此可以分别作精确的微扰QCD计算。传统的QCD因子化理论给我们提供了计算p+p碰撞散射截面的很有力的工具。然而,当快速部分子在核介质中传播,除了会发生单次散射之外,还可能与核中部分子进行多重散射。多重散射是与高扭度过程联系在一起的,为了计算多重散射的贡献,我们将碰撞过程按扭度展开。对于扭度-4过程,我们根据推广的因子化理论来计算。根据推广的因子化理论,我们在第四章计算了p+A碰撞中Drell-Yan双轻子产生过程中的初态胶子-夸克双重散射诱导的能量损失效应。由初态多重散射导致的p+A碰撞中Drell-Yan双轻子谱的改变可以等效写成核介质修正的束流夸克分布函数的形式,此介质效应依赖于核介质中的夸克传输系数q,这一性质与轻子-核深度非弹性散射(DIS)中末态多重散射的情形非常类似,其最终贡献将导致p+A碰撞Drell-Yan散射截面相对于p+p碰撞出现压低效应。根据从HERMES深度非弹实验测量的单强子谱核效应的相关数据抽取出的夸克输运系数,我们对p+A碰撞中Drell-Yan散射截面做了数值计算,我们发现在费米实验室E866实验(Eiab=800GeV)测量的动力学区域,由能量损失效应导致的p+A相对于与p+p Drell-Yan散射截面的压低可以忽略不计,实验数据中显示的压低现象近似地可以由核中部分子的核遮蔽效应(这里我们采用EPS08参数化形式)来解释。然而,在较大束流部分子动量份额x’或者较小的靶部分子动量份额x区域,束流部分子的能量损失效应非常重要。最后我们给出了即将采集数据的费米实验室E906实验(Elab=120GeV)的预言,在此实验的动力学区域,部分子核遮蔽效应可以忽略,导致散射截面压低的主要因素来自于束流部分子的能量损失效应。在第五章,我们首先回顾了推广的QCD因子化理论在p+A碰撞中’Drell-yan过程初态多重散射和DIS过程末态多重散射中的应用,并给出两个过程中由多重散射导致的的双轻子横动量展宽以及单喷注横动量展宽效应。随之,通过同时考虑初态和末态多重散射过程,我们计算了p+A (d+A)过程中双喷注和双强子的横动量非平衡效应,其最终结果依赖于核中部分子-部分子关联函数,该分布函数在上述三种过程中是相同的,因此我们可以通过任一过程的测量来确定该关联函数,进而对其它过程给出预测。考虑冷核介质中的(动力学)核遮蔽效应以及能量损失效应,并结合我们所计算出的p+A (d+A)碰撞中的横动量非平衡效应,我们可以很好的描述现有的RHIC-PHENIX和-STAR实验组测量的中心-中心、中心-向前和向前-向前快度区的双强子方位角关联分布。第六章,基于推广的因子化定理,我们将p+A碰撞中的双喷注横动量非平衡效应推广到光子-喷注以及光子-强子产生的过程,这一过程中同样包括初态多重散射和末态多重散射的贡献。然而由于在该过程中末态光子并不与介质中的软部分子发生强相互作用,从数值计算中我们发现光子-喷注的横动量非平衡效应明显小于双喷注产生的情形。同时,我们也考虑了由单纯的末态多重散射导致的横动量非平衡效应,我们通过对DIS过程中双喷注产生的计算研究了这一效应。在本章中,我们还考虑了DIS过程中夸克的质量效应,应用同样的方法计算了DIS重味介子对的横动量非平衡核展宽效应,数值计算表明这一效应大于双喷注产生的情形,这是由于夸克和胶子与核中的软部分子之间不同的色相互作用强度造成的。最后我们给出本论文的总结以及对后续工作的思考与展望。
