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强子之间的相互作用以及强子的性质是强相互作用领域的重要研究对象.手征微扰论则是研究最轻的赝标介子之间相互作用的最有效的工具之一.然而由于该理论中的拉氏量是对动量和质量微扰展开的,它不能用来描述共振态,且只能满足微扰意义上的幺正性.手征幺正方法则是从手征微扰论得到的振幅出发,利用代数化的Bethe-Salpeter方程求和无穷多的s道散射圈图,得到满足幺正性的振幅,从而能够很好地描述质心能量1.2 GeV以下的S波ππ,πη,K(-K)和Kπ的散射数据,并能够得到与实验结果相符的σ,f0(980),α0(980)和κ等粒子的质量和宽度.除去从强子层次上对强子物理的研究之外,从夸克-胶子层次上深入地进行研究也是非常必要的.在众多模型方法中,QCD求和规则是处理非微扰QCD的一种非常有效的方法,可以用来研究强子的质量与衰变性质等.本文将从强子层次和夸克-胶子层次上对强子的性质和强相互作用进行研究.在强子层次的研究中,主要应用手征幺正方法以及QCD求和规则对介子之间的S波相互作用,重夸克偶素的ππ衰变及部分新强子态的性质进行系列的研究.在夸克-胶子层次的研究中将采用更具QCD基础的、基本上无自由参数的QCD求和规则方法对矢量混杂态进行初步的分析.得到的主要结果如下:
1.我们应用耦合道的手征幺正方法研究了S波Kπ散射,对I=1/2和I=3/2到的散射,只用一个自由参数就得到了与实验结果相符的散射长度及1.2 GeV以下的散射相移.在I=1/2散射振幅的第二黎曼面上发现了对应于长期以来存有争议的标量介子κ的极点,由此得到的κ质量和宽度分别为大约757±33 MeV和558±82 MeV.我们使用这个Kπ相互作用模型研究了J/ψ→(-K)*(892)0K+π-中的S波Kπ末态相互作用并指出了它的重要性.另外,还给出了手征幺正方法中振幅满足幺正性的一个简单证明.并讨论了三动量截断正规化方法及其适用范围的问题.
2.通过研究重夸克偶素的色极化度,展示了S波ππ末态相互作用在重夸克偶素ππ衰变中的重要作用.给出了经过末态相互作用修正的测量重夸克偶素色极化度的公式,所获得的重夸克偶素的色极化度是未考虑末态相互作用时的1/3,所获得的J/ψ-N散射长度的下限与现有的实验结果和其它模型的结果一致.利用手征幺正方法,计入了S波ππ末态相互作用,研究了3S1重夸克偶素之间释放π+π-的跃迁,很好地解释ψ(2S)→J/ψπ+π-的实验数据.通过引入一个夸克组分为b(-b)q(-q),同位旋为1,JP=1+的中间态,系统地解释了3S1底夸克偶素之间的π+π-跃迁,尤其是对长期以来困扰人们的Υ(3S)→Υ(1S)π+π-的π+π-不变质量谱的双峰结构及cosθ*π分布给出了合理的解释,预言所引入的b(-b)q(-q)态的质量和宽度分别为10.08 GeV和0.655 GeV.该预言受到最近夸克模型和QCD求和规则计算的支持.另外,我们还分析了最近公布的Υ(4S)→Υ(1S,2S)π+π-的π+π-不变质量谱的结构,给出了这类过程的特征,并利用这些数据对我们的模型进行了检验.
3.我们将手征幺正方法推广到研究重味介子与轻赝标介子相互作用的问题.通过合理地估计方法中唯一的一个参数的范围,我们给出了基本与参数无关的结果.我们发现D*s0(2317)和Ds1(2460)分别可以解释为DK和D*K的束缚态.同时,还预言了B(-K)和B*(-K)束缚态的质量,以及I=1/2的重介子与轻赝标介子的分子态的质量和宽度.
4.研究了最近BES合作组在J/ψ→K+K-π0的K+K-的不变质量谱上发现的宽结构X(1576),确认此结构的同位旋为1.如果它对应着一个真实的粒子,将只能是四夸克态或介子-介子的分子态或者它们的混合.还具体地提出和研究了它的一种可能的K*-(-κ)分子态结构.发现在这种猜想下,X(1576)→π+π-的分支比将远大于X(1576)→K+K-.
5.利用QCD求和规则的方法研究了含有轻夸克的矢量混杂态,初步估算了它们的质量,对进一步理解已发现的2 GeV左右的矢量介子及寻找混杂态提供了有意义的信息.