超核体系nnΛΛ的夸克模型研究

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1952年,Marion Danysz和Jerzy Pniewski在波兰科学院的会议上首次提出发现了超核,之后被证实是A超核。A超核的发现打破了原子核只是由中子和质子组成的传统概念,使原子核的描述从原来的二维:质子数和中子数,变成了三维:质子数、中子数和奇异数。A超核是除了质子和中子外还包含一个奇异数为-1的A超子的超核体系,至此,开启了研究超核物理的大门。在发现首个人超核之后的几年里,由于实验水平的限制,只是在宇宙线中用核乳胶或气泡室来观察和研究A超核,从中提取基态结合能,但是记录下来比较困难导致事例数很少,得到的数据也不是很可靠,因此当时超核物理进展十分缓慢。在二十世纪60年代,有人提出具有合适的运动学条件的反应过程n(K-,π-)人能产生A超核,他们发现当K-介子碰撞原子核之后,会发生奇异数交换反应,释放出π-介子,同时有A粒子产生。之后欧洲核子研究中心(CERN)质子同步加速器(PS),美国布鲁克海文国家实验室(BNL),日本高能物理实验室(KEK)引出了高强度的K-介子束流,专门用来研究A超核,之后还有(π+,K+),(π-,K+),(e,e’K+)等方式产生,其中,除了研究比较多的A超核,还有∑超核,三超核,甚至还有带粲夸克或者底夸克这些味道的超子组成的非常规超核。在过去的几十年里,特别是近几年,超核物理学无论在实验上还是在理论上都进行了大量的研究,随着实验手段和理论的进步,关于超核也有了很多新的进展。超核的研究具有十分重要的意义,因为超子本身寿命很短,大约在(10-10s),超子(Y)和核子(N)散射实验进行比较困难,导致直接研究YN相互作用就比较困难,而超核的研究给YY,YN相互作用提供了很重要的信息。本文研究的是nnΛΛ,带有两个人粒子的超核系统,主要是有两个原因,首先有实验声称发现了四中子体系的存在,之后有很多理论和实验都研究了四中子体系,我们组也在夸克模型下从理论上研究了这个体系,得到的束缚能大约有100MeV左右,但是目前仍然不能在实验上确认其是否真的存在,而且四中子体系是全同费米子,受到泡利不相容原理的限制,要形成束缚态在理论上可能比较困难。因此,有人提出如果将四中子体系中的两个中子换成两个人粒子,这样不会受到泡利不相容原理的限制,理论上应该更容易形成束缚态;其次是超核物理研究越来越热门,在2001年,Nagara event之后,对于是否存在带有双A粒子的研究也引起了很多关注。本文的创新之处在于是从夸克层次出发研究这个nnΛΛ超核系统,这是一个12q体系。考虑了构成核子、超子的夸克之间的相互作用。之前的研究都是基于强子层次上的计算,是一个四体系统,并没有考虑夸克之间交换。本文的主要工作是在绝热近似下,对这个12个夸克系统的能量做了计算。在计算时,将12个夸克分成四个子集团,对应于两个中子和两个人超子。首先我们利用对称性,认为四个集团具有确定的空间对称性,仅需要三个变量来描述体系的空间结构。然后利用Monte Carlo方法检验了这个空间对称性。通过计算,我们发现此体系有-112MeV的等效吸引。等效吸引的存在是体系存在束缚态的必要条件,但不是充分条件。为了估算体系的结合能,我们做了一个近似处理,即将等效势看成是谐振子势,从而得到体系的零点振动能,将零点振动能加到等效势的极小值上,从而得到体系的结合能。估算的结果表明不存在nnAA束缚态。但是这仅仅是近似处理,并不能确定这个态就不存在,希望可以找到其他方法更精确的来计算体系的束缚能。本工作对采用多高斯展开的方法来进行动力学计算进行了初步的讨论。
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