Ds+→a0(980)e+ve和(?)s~0→J/ψa0(980)衰变中的a0(980)-f0(980)混合研究

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研究强子的内部结构、性质以及强子间的强相互作用机制是强子物理领域的重要课题。强子的最简单结构是正反夸克构成的常规qq介子态和三个夸克构成的常规qqq重子态,实验上已发现的强子态中的大部分都可以解释为常规强子态。随着实验探测技术以及加速器能量的提高,实验上发现了许多不能用常规强子态来解释的强子,它们有可能是具有更复杂结构的奇特强态。研究奇特强子态,可获得胶子与夸克之间的相互作用以及强子内部结构的更丰富信息。自旋-宇称量子数JPC=0++、奇异数S=0的轻标量介子f0(500)、f0(980)和a0(980)被认为是奇特强子态的候选者。在手征幺正方法理论框架下,f0(500)、f0(980)和a0(980)可通过赝标量介子-赝标量介子的s-波相互作用动力学地产生,并被解释为介子-介子分子态。其中f0(500)的主要结构成分是ππ,f0(980)的主要结构成分是KK,a0(980)主要耦合到KK和πη。本文在手征幺正方法理论框架下,基于f0(980)和a0(980)的分子态结构图像,详细研究了半轻子衰变过程Ds+→e+vea0(980)(f0(980))以及非轻子衰变过程Bs0→J/ψπ0η(π+π-)中a0(980)的产生率,检验a0(980)和f0(980)的分子态结构图像。从夸克层次上D+半轻子衰变和Bs0非轻子衰变的反应机制出发,通过引入一对具有真空量子数的qq夸克对的强子化机制,在强子化后产生KK和ηη介子-介子态。在所考察的Ds+半轻子衰变和Bs0非轻子衰变过程中,f0(980)和a0(980)是由KK和ηη强子态的重散射机制动力学产生的。通过计算衰变宽度的比值Γ[Ds+→e+vea0(980)0,a0(980)0→π0η]/Γ[Ds+→e+vef0(980),f0(980)→π+π-]和Γ[Bs0→J/ψa0(980)0,a0(980)0→π0η]/Γ[Bs0→J/ψf0(980),f0(980)→π+π-]来消除未知的弱相互作用顶角因子,利用粒子数据组(PDG)中已有的Ds+→e+vef0(980),f0(980)→π+π-衰变分支比和Bs0→J/ψf0(980),f0(980)→π+π-衰变分支比,计算Ds+→e+vea0(980)0,a0(980)0→π0η 衰变分支比和Bs0→J/ψa0(980)0,a0(980)0→π0η衰变分支比。理论计算得到的分支比Br[Ds+→e+vea0)(980)0,a0(980)0 → π0η]与BESⅢ实验测量值相符,支持了a0(980)和f0(980)的分子态结构图像。本文还研究了半轻子衰变过程Ds+→e+vea0(980)(f0(980))和非轻子衰变过程Bs0→J/ψa0(980)(f0(980))中的同位旋破坏或a0(980)-f0(980)混合。同位旋破坏的衰变过程Ds+→e+vea0(980)、Bs0→J/ψa0(980)可由同位旋守恒的衰变过程Ds+→e+vef0(980)、Bs0→J/ψf0(980)通过a0(980)-f0(980)混合而发生。本文的研究表明,本文所关注的Ds+半轻子衰变过程和Bs0非轻子衰变过程中的同位旋破坏均为3%~4%。本文考察了同位旋破坏的两个来源:一个是来自于显式的KK圈中带电K介子和电中性K介子的质量差,另一个是来自于介子-介子散射矩阵T中带电K介子和电中性K介子的质量差。定量计算结果表明,后者引起的同位旋破坏效应比前者更为显著。这意味着同位旋破坏的Ds+→e+vea0(980)0,a0(980)0→π0η衰变和Bs0→J/ψa0(980)0,a0(980)0→π0η衰变对轻标量介子共振态的的产生机制及其内部结构特性是很敏感的,因此,这两个衰变过程是检验轻标量介子内部结构和强相互作用低能有效理论的理想场所。实验上对这两个衰变过程进行精确测量是有意义的,也是有必要的。本文的研究结果为今后从实验上精确测量这两个衰变过程提供了理论参考,关于衰变分支比、π0η不变质量谱的形状、a0(980)-f0(980)混合等方面的精确测量信息有助于人们进一步检验f0(980)和a0(980)的内部结构特性并深入理解低能区强相互作用的非微扰性质。
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