光子、pion介子、和kaonic介子探针研究强子的产生

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研究强子的产生,可以帮助我们揭示强子的内部结构,对我们了解QCD理论有非常重要的意义。本文分别用光子、pion介子、和kaonic介子探针,结合组分夸克模型和有效拉格朗日方法研究强子的产生过程。首先,光子作为入射粒子,用组分夸克模型和有效拉格朗日方法研究核子共振态的级联产生。组分夸克模型告诉我们重子的内部动力学可以用ρ型和λ型两个简单的谐波振荡描述。ρ型解释为三个夸克中两个夸克组合在一起和另一个夸克一起围绕着质心转动,λ型是双夸克中的两个夸克携带角动量围绕质心系转动。这两种夸克态的相互转变是我们工作的出发点,我们在γn→π-π-?++反应过程中研究了具有ρ型和λ型内部夸克机构的核子共振态之间的相互激发。我们认为有λ型或者ρ型激发态质量在2.0Ge V附近,能够直接衰变到质量在1.7Ge V附近的激发态,这个低质量的激发态也可能是λ型或者ρ型的夸克组合形式。我们用夸克模型计算了这些共振态的辐射衰变和π介子衰变宽度,结合有效拉格朗日方法得到耦合常数,最后计算了γn→R′(2000)→R(1700)π-→π-π-?++的反应截面。实验上发现一些低质量的粒子,除了满足两夸克模型外,分子态解释也可以很好的与实验数据作对比。比较有代表性的是f2(1270)和f′2(1525)两个张量介子,这引起了理论物理学家的广泛兴趣。这类粒子的内部结构是怎样的,这是我们关心的。通过产生过程,我们可以窥见一些内部信息。这儿,我们选用中低能K介子作为入射粒子与核子相互作用,在有效拉矢量方法的框架下,通过反应过程K-p→Λf2(1270),K-p→Λf′2(1525)和K-p→K+K-Λ研究了这两个粒子的产生。主要产生机制是通过t道的K介子交换和u道的核子交换,在有效拉格朗日方法框架下研究了这两个粒子的产生过程,我们的结果很好的重复了早期的实验数据。另外,K-p相互作用被我们用来鉴别粲重子Λc(2940)的宇称。我们认为Λc(2940)是D*p的分子态结构,从而研究了宇称分别为1/2+和1/2-的产生过程。结果显示,不同宇称的截面都在一个数量级,然而大小走势有很大的不同。其中,宇称为负的Λc(2940)产生严重受到背景道Λc(2286)的影响。另外,入射粒子能量在16 Ge V时的不变质量谱和达利兹图也可以用来区分他们的不同。虽然这些观察量有区别,还希望有更多的信息来作为Λc(2940)的探测手段,以确定这个粒子的宇称。最后,我们研究了高能π介子束流分别与质子和原子核相互作用产生Zc(3900)的过程。我们只考虑t道的J/ψ贡献,因为在高能束流情况下t道贡献为主,s和u道的贡献非常小。J/ψ粒子可以直接和相互耦合,然而这个顶点是OZI禁戒的,我们不考虑他直接和核子的相互作用,而是用普里马科夫效应(Primakoff effect)让高能π介子束流通过虚光子与质子相互作用。虚光子通过矢量介子为主模型(VMD)变成J/ψ粒子,和高能π相互作用产生Zc(3900)。通过J/ψπ末态,我们重建了宽度为29 Me V的Zc(3900),因为质子靶时Zc(3900)的两种宽度的截面大小在同一个量级。用原子核靶和质子靶计算得到的Zc(3900)产生截面趋势基本一样,然而两种截面的大小相差很大。在高能情况下,大约30Ge V时,截断参数在1-2Ge V的范围内原子核做靶时截面为1000nb。这比单个核子做靶得到的截面要大1000倍,这是我们所希望的。值得注意的是,我们在上面的所有计算中,都认为全部通过J/ψ衰变。如果不是,只有很小的一部分通过这个过程衰变,比如只占百分之十。那么用质子做靶得到的结果就只有0.1nb,这就是实验上为什么这么难发现。然而,我们粗略的计算了12C的轻核和208Pb的重核靶产生Zc(3900)的截面,即使只有很小的衰变份额,实验上也比质子做靶更容易发现,我们认为在高能情况下更容易Zc(3900)的产生。
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