夸克模型中多夸克态的唯象研究

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强子被量子色动力学(QCD)拉氏量的U(1)V对称性,或称重子数守恒分为两大类:重子数为1的重子与重子数为0的介子。重子习惯被认为是由三个夸克组成的色单态束缚态,而介子习惯被认为是由正反夸克组成的色单态束缚态,以下我们称这两者为传统强子态。不能被恰当地容纳到传统强子描述框架内的强子态,称为奇特强子态,如多夸克态、胶球态、混杂态等等。随着2003年著名的X(3872)的发现,奇特强子态的研究被推向高潮。强子由其内部的部分子,即夸克核和胶子构成。尽管QCD作为标准模型中描述夸克胶子强相互作用的底层理论,其在当今实验所能达到的能标下的正确性已经被高能物理实验与格点量子色动力学的模拟所验证,然而由于其在低能标下的非微扰特性,人们很难从纯的QCD第一性原理出发来理解强子结构。为了研究低能强相互作用物理,理论家们发展了一系列的有效理论与唯象模型。如以强子为有效自由度的低能有效场论,QCD求和规则,组分夸克模型等等。在各种理论方法中,组分夸克模型作为以组分夸克为基本自由度的唯象模型,可以以简单直观的图像帮助人们更好地理解强子的夸克结构。在组分夸克模型中,多夸克态不止在研究奇特强子态上扮演了重要的角色。实验上对核子结构的研究,如历史上所谓的“核子自旋危机”、质子的奇异磁矩、质子海味不对称等,意味着在夸克模型中必须非淬火化,或考虑更高阶的Fock成分如多夸克成分,才能给出更恰当的强子结构描述。本文以组分夸克模型为理论工具,围绕夸克模型中的多夸克态展开研究。第二章在拓展手征组分夸克模型中计算了质子的轴荷。2007年COMPASS合作组对质子自旋依赖结构函数g1p(x,Q2)第一矩的测量结果显示,夸克自旋只携带质子自旋的百分之三十左右,并且奇异夸克自旋对核子自旋有非零且负的贡献,这与传统夸克模型中三夸克质子给出的图像极大的不符。为了更好的描述质子的夸克自旋结构,在第二章的质子模型中,除了质子的传统三夸克成分外,还考虑了可能的五夸克成分。模型中三-五夸克成分间的耦合机制选为唯像的3P0机制,模型参数由实验的质子海味不对称确定。最终我们的模型计算结果显示,质子中的五夸克成分可能达到百分之五十,夸克自旋分布与轴荷的计算结果可以与实验以及其他理论预测相符。第三章在手征组分夸克模型中以基态S波sccl(?)(l=u,d)五夸克态的方式研究了低能负宇称Ωcc共振态。我们计算了自旋-宇称量子数为(1/2)-,(3/2)-,(5/2)-的基态S波sccl(?)夸克系统质量,模型计算结果在4050±100 MeV。大部分物理五夸克态能量都低于赝标介子-基态重子道的阈值,它们的主要衰变方式可以期待是同位旋破缺的π0Ωcc。在与其他理论结果的对比发现,在非相对论组分夸克模型中,相对于传统三夸克图像,以五夸克态的方式计算低能负宇称重味重子态可以降低其能量。最终我们用手征拉氏量方法计算了本章得到的五夸克物理态耦合赝标介子-基态重子末态的“味道-自旋-颜色交叠因子”,结果显示多个物理态强烈的耦合到KΞcc(*)以及DΞc(*)末态,但模型获得的这些物理态到这些道的强衰变被不足的相空间抑制。第四章用一个非相对论夸克势模型研究了基态S波隐粲与双粲四夸克态能谱。在模型的夸克相互作用中,禁闭势被选为Cornell势形式,而自旋依赖的剩余相互作用被选为瞬子相互作用。模型的相互作用结构很适合描述紧致四夸克态。模型计算结果显示,多个实验上发现的类粲偶素奇特态粒子可以用模型中的紧致四夸克态结构解释。具体地,X(4140)和X(4274)可以认为是IG(JPC)=0+(1++)的紧致ccnn四夸克态;Zc(3900),Zc(4020)和X(4055)可以认为是IG(JPC)=1+(1+-)的紧致 ccnn 四夸克态;X(4050)可以认为是IG(JPC)=1-(1++)或IG(JPC)=1-(2++)的紧致ccnn四夸克态;X(4100)可以认为是1-(0++)的紧致ccnn四夸克态;X(4250)可以认为是IG(JPC)=1-(0++)或IG(JPC)=1-(2++)的紧致ccnn四夸克态;Zcs(3985)可以认为是JP=0+或JP=1+的紧致ccns四夸克态;Zcs(4000)与Zcs(4220)可以认为是JP=1+的紧致ccns四夸克态。
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