论文部分内容阅读
近几年来,Belle,BaBar等实验合作组报道了大量含重味夸克(c,b)的新强子态存在的信号,本文首先简要回顾这些新强子态的实验结果与可能的理论解释。在理论上,量子色动力学(QCD)被公认为是强相互作用的基本理论。但低能强子物理属于QCD的非微扰区,由于非微扰QCD的复杂性,完全用QCD第一性原理处理低能强子问题非常困难。虽然格点QCD近年来取得重要进展,但离满意描述还很远,特别是对于强子-强子相互作用和多夸克系统。然而,众所周知,具有QCD主要性质的唯象夸克模型在描述核子.核子相互作用、重子谱、重夸克偶素能谱等强子性质方面都取得了非常大的成功。本文主要是拓展了多夸克体系的颜色空间,将组分夸克模型推广应用到四夸克体系,探讨各种颜色结构对系统能谱的影响,解释实验报道的大量含(c,(c))成份的XYZ新强子态,预言新奇特介子可能存在的组态。另外,根据Belle实验合作组最新报道的两个新强子态(X(4160)、X(3915)),利用正一反夸克对真空产生(3P0)模型,本文研究了质量和量子数与X(4160)、X(3915)符合的一些粲偶素激发态的强衰变性质,尝试对这两个态作出理论解释。为此,本文主要开展了以下几方面的工作:
1.基于多高斯展开算法(GEM),采用朴素夸克模型、手征组分夸克模型、夸克蜕定域色屏敝模型系统研究了各种颜色结构的S-波QQ(qq)(Q=s,c,b；q=u,d)组态。计算结果表明,量子数(I,J)=(0,1)的bb(qq)在三个夸克模型中都存在束缚态,其束缚能从双介子结构的几个MeV到diquark—antidiquark结构的一百多MeV；由于介子交换相互作用,(I,J)=(0,1)的cc(qq)在介子交换模型中存在弱束缚态。本文首次在夸克模型中讨论了分子态和diquark-antidiquark结构的混合,由于轻夸克间单胶子交换势对能级劈裂的影响,bb(qq)和cc(qq)在(I,J)=(0,1)道出现了紧束缚态,而且在手征组分夸克模型中还存在质量为1.4GeV的ss(qq)束缚态。
2.采用朴素夸克模型和手征组分夸克模型系统研究了分子态结构的S-波[(Q)q][(q)Q]组态中的隐色道效应和正、反夸克间的湮灭相互作用。主要结论如下:
（1）s-道湮灭相互作用势是排斥势。
（2）在[(b)q[(q)b]系统中,隐色道效应能使大部份分子态形成紧束缚态。这是由于6,(b)夸克质量大,相应的动能项贡献小,系统处于颜色八重态时能量低；而色单态与隐色道耦合时,两个轻夸克间的色磁相互作用对两道能级劈裂的贡献很大。
（3）在[(c)q][(q)c]系统中,若考虑隐色道效应,则新强子态Z+1(4050)可以解释为量子数I(JPC)=1(0++)的(D)*0D*+分子态；X(3915)解释为I(JPC)=0(0++)的D*(D)*分子态；另外,在朴素夸克模型中还存在I(JPC)=1/2(0++)的D*s(D)*弱束缚态,本文建议实验上通过分析末态J/ψK*的不变质量谱寻找该新强子态。
（4）即使考虑隐色道效应,S-波[(Q)Q][(Q)q]、[(Q)Q][(Q)Q]、[(q)q][(q)q]系统很难形成束缚态。因为组成四夸克态内部的两个介子间的颜色单态与八重态的颜色耦合矩阵元大小相等,而夸克一夸克、反夸克-反夸克与两对夸克.反夸克间的符号相反,因此,色磁相互作用可能大部份或完全抵消,以致于它对四夸克系统内色单态道与隐色首的能级劈裂几乎没有贡献。
3.基于Belle实验合作组最新报到的两个含(c(c))的态(X(4160)、X(3915)),本文首先从粲偶素质量谱分析得出它们可能的候选者,然后用3P0模型研究这些候选者的强衰变性质。从质量谱的角度分析,χ0(33P0)、χ1(33P1)、ηc2(21D2)、ηc(41S0)四个态都与X(4160)实验值符合,但我们的计算结果表明只有他(2’J[)2)的强衰变性质与X(4160)的实验结果符合较好,可以合理地把X(4160)解释为粲夸克偶素ηc2(21D2)。虽然X(3915)的实验质量与χ0(23P0)相同,但后者的强衰变宽度远大于前者的实验值,两者不可能是同一个粒子。该结论与第2个研究工作是完全自洽的,即进一步验证了X(391.5)是I(JPC)=0(0++)的分子态D*(D)*,而X(4160)不是四夸克态。
4.根据CDF和DO实验组最新报道的含有单个b夸克的重重子∑6,∑b1和Ξb,本文采用多高斯展开方法,在组分夸克模型下系统研究了含有一、二、三个重味夸克的重重子谱,并得到了与已有实验数据一致的结果。
组分夸克模型在解释强子谱和强子-强子相互作用上取得了巨大的成功,但也遗留一些问题。随着新强子态的发现和研究的深入,模型需要发展。通过考虑隐色道效应和夸克对产生效应以及引入多夸克状态,新强子态和遗留的问题可以得到解释。进一步的实验和理论研究将会加深我们对强子物理和QCD的理解。