利用Bethe-Salpeter方程研究奇特强子的结构和衰变

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粒子物理中的标准模型是以规范理论为基础的描述电弱和强相互作用的成功的理论。在过去三十多年中,实验上的数据在误差范围内都与标准模型的预言取得了惊人的一致,标准模型取得了极大的成功。但还有些问题没有解决,如Higgs粒子还没有发现,费米子质量起源,夸克胶子禁闭和手征对称性自发破缺等问题还没有彻底解决。这就表明标准模型并不是一个终极理论,它只是某一能标下的低能有效理论,在高能时应该出现一个新的更基本的理论。   量子色动力学(QCD)在高能情况下具有渐进自由的性质已经被实验所证实,这为QCD成为描述强相互作用的正确理论奠定了坚实的基础。然而,低能时的强相互作用由非微扰QCD控制,在非阿贝尔QCD理论中,胶子有自耦合作用,使得强子的结构除了传统的q-q和qqq结构外,还可能存在其他形式的结构,如胶球。另外,混杂态,四夸克态,六夸克态,介子束缚态和重子束缚态或这几种结构的混合也可能是实验上新发现的强子态的结构。尽管目前理论猜测有一些胶球等奇特结构的候选者,但并未被实验所证实。如果这些奇特强子的结构可以被实验所证实,这将会使人们更深地理解QCD在低能时的正确性和有效性。   目前世界上已经运行和即将运行的高能实验装置为强子物理的研究提供了广阔的空间。最近几年,BaBar,Belle,BES和CLEO等都发现了可能的新强子态,在为理论研究提供了丰富数据的同时,也提出了严峻的挑战。强子的性质和实验联系非常紧密,这为榆验提供了很好的条件。因此人们期待得到更多更精确的实验信息来检验理论结果或者修正改进理论模型。   本文中,我们借助唯象的物理模型Bethe-Salpeter方程对强子可能的分子态结构进行了详细的研究,研究主要包括两方面:一方面是强子的分子态组成,另一方面是强子的衰变。我们倾向于解释这些新强子态并非传统的正反夸克对或三夸克结构,而是介子的分子束缚态结构。   我们首先研究了BaBar合作组在分析衰变末态D+sπ0的不变质量时发现的一个很窄的峰结构,该峰结构被命名为D*s0(2317)。我们假定它是DK的分子束缚态,利用Bethe-salpeter方程研究了其结构并研究了其同位旋破坏衰变过程D*s0(2317)→D+sπ0,同时在衰变末态考虑了η-π0混合效应对衰变宽度的影响。研究结果表明,D*s0(2317)可以具有DK的分子束缚态结构,而且η-π0混合效应对衰变宽度影响非常明显,D*s0(2317)→+Ds+π0衰变宽度的理论结果与实验结果相符。其它的理论模型也对D*s0(2317)的结构和性质进行了研究,认为D*s0(2317)可能存在其它形式的结构,并且得到的理论结果和实验结果相符。因此,D*s0(2317)的结构可能存在多种形式,或者是几种结构的混合。   其次我们分析了B*s0(5725)的结构,我们假定它是B-K分子束缚态,同样利用Bethe-Salpeter方程的方法对其性质进行研究,并进一步研究了强衰变过程B*s0(5725)→B0sπ0。研究结果显示,B*s0(5725)存在B-K的结构。通过对B*s0(5725)的研究可以为将来实验上探测该粒子提供理论指导。   受Bc介子的纯轻子衰变Bc→L-V1在新物理模型——双Higgs模型(2HDM)中研究的启发,我们分析了Bc在标准模型SM和2HDMrp的辐射衰变Bc→T-Vτγ。研究表明辐射衰变Bc→T-Vτγ的宽度随新物理模型中参数的变化非常明显,这对未来实验上发现Higgs粒子有一定的帮助,我们还可以通过实验数据来检验我们的新物理模型或者对模型中的参数进行限制。
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