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强子物理在整个物理学的研究中有着非常重要的意义。其研究主要涉及两个方面:一是强子态的结构,包括强子内部结构及组成的研究;另一方面则是强子动力学,主要是对各种强子谱、强子产生和衰变的研究,涉及非微扰QCD的范畴。
在charm能区,能谱十分丰富,其中J/ψ及其激发态一直是人们研究的重点。随着实验的发展,BES、BaBar、Belle和CLEO等等实验组积累了大量实验数据,一系列新的粒子被发现。对已知粒子性质的研究也越来越细致、精确,这给我们的理论研究带来了许多新的课题。
人们通过理论研究,运用各种理论模型解释了J/ψ及其激发态大量的衰变结果,但同时仍有许多问题有待我们的解决。在这其中,p-π迷惑问题始终是最具挑战的问题之一。Rosner等人提出了2S-1D混合模型用于解释这一问题,这给出了一种可能性,但还有待进一步的验证。
J/ψ及其部分激发态,由于其质量不足以衰变到两个含有c夸克的重介子,其强衰变通常被看成通过OZI压低的过程,即:J/ψ等湮灭为三个胶子,然后再强子化为末态的强子。OZI压低的过程通常分为单OZI压低的过程(SOZI)和双OZI压低的过程(DOZI)。另外,除了这一种解释以外,我们也可以在强子层次理解这一衰变,即:J/ψ衰变到两个D 介子中间态,再通过交换一个介子最后到两个末态轻介子。这种过程即是我们所说的强子圈图过程,或者三角图过程,类似于通常的末态相互作用过程。当衰变粒子质量不足以衰变到两个中间态介子时,这两个中间介子将处于离壳状态,其振幅只有实部(色散部分);随着衰变粒子质量的增加,当其足以衰变到两个中间态介子时,其振幅将增加虚部(吸收部分),此时为真正的末态相互作用。
事实上末态相互作用(不论色散部分还是吸收部分)在强子衰变过程中都是非常重要的。不能很好的计算由末态相互作用带来的影响,就不可能深入研究夸克层次上基本相互作用的反应过程,也不可能提取诸如CKM矩阵元之类信息,乃至理解超越标准模型新物理的作用。本论文就是由单粒子交换模型来研究末态相互作用,处理粲强子强衰变问题。它的优点在于简单,物理图象清晰,在c和b能区被证明很有效。另一种方法是用Regge理论,虽然在Regge理论中,似乎所有的非微扰贡献都包含在Regge参数中,但它以参数研究时的误差较大。在本工作中,我们首先简单计算了J/ψ衰变强子圈图实部贡献,然后考虑了OZI压低过程在衰变中的影响,最后我们在以上基础上再考虑2S-1D混合对J/ψ激发态衰变的影响。此外我们将计算强子圈图虚部贡献,比较ψ(3770)通过实部和虚部衰变的贡献的大小。另外,我们还将通过强子圈图虚部计算分析A∧<+><,C>(2940)衰变。
本文工作包括:
·通过强子圈图效应研究J/ψ→φfo(980)衰变。我们尝试通过计算J/φ→D<(*)><,s>D<(*)><,s>→φfo(980)强子圈图振幅,我们按单纯介子态和KK露分子态两种情况拟合J/φ≯→φfo(980)衰变分支比实验数据,得到一些关于.fo(980)结构信息。
·通过强子圈图研究J/ψ和ψ(3686)衰变到矢量和赝标介子的过程。我们在前文计算J/ψ衰变强子圈图的基础上,考虑到在J/ψ衰变过程中OZI压低过程的影响,用两者振幅相干相消的模型解释J/ψ→pseudoscalar+uector衰变过程。按两种不同方式拟合实验数据,并将此模型及拟合所得参数沿用到ψ(3686)→pseudoscalar+vector衰变过程的研究。
·2S-1D混合模型对ψ(3686)和ψ(3770)衰变的影响。我们在前文相干相消模型的基础上,引入2S-1D混合模型,研究ψ(3686),ψ(3770)→ pseudoscalar+vector衰变,尝试解释p-π迷惑问题。在其中,我们用夸克对产生模型近似估计了涉及的ψ(3686)耦合系数。
·通过强子圈图研究J/ψ到两个赝标介子的衰变。我们在前文相干相消模型的基础上,用类似的方法研究了J/ψ→pseudoscalar十pseudoscalar 的衰变过程。
·ψ(3686)→J/ψ+σ末态相互作用与p-π迷惑。我们通过计算ψ(3686)→J/ψ+σ→p<0>π<0>强子圈图吸收振幅,得到ψ(3686)通过强子圈图衰变到p<0>π<0>过程的分支比,并与实验数据相比较,得到J/ψ,σ末态相互作用在ψ(3686)→p<0>π<0>中的贡献。
·通过末态相互作用研究ψ(3770)衰变。我们通过计算ψ(3770)衰变到DD再到两个末态介子的强子圈图吸收振幅,预测了ψ(3770)→P+V,P+P,V+V衰变可能的分支比。
·比较ψ(3770)到PV衰变中实部和虚部的贡献。我们比较了前面分别通过计算强子圈图实部和虚部振幅得到的ψ(3770)衰变到一个矢量介子和一个膺标介子分支比,并就此进行了讨论分析。·用分子态模型解释Λ<,c>(2940)+。我们尝试用分子态模型解释Babar在D<0>p不变质量谱上发现的一个新的粲强子Λ<,c>(2940)+,由线性σ模型估计了其能谱。并通过末态相互作用,计算了其强子圈图吸收振幅,在分子态模型下估计了其部分衰变道的性质,并与实验结果相比较。另外,也对Λ<,c>(2940)+可能的性质进行了预测。
在本工作中,我们计算了强子圈图实部以及虚部振幅,使用强子圈图贡献与OZI压低过程过程贡献负相干的模型,拟合了已知的J/ψ→ pseudoscalar+vector 衰变实验数据,用来检验我们的模型,并尝试预测ψ(3686)的衰变。我们还在考虑25-1D混合模型的基础上,尝试了去解释p-π迷惑问题。另外我们还比较了ψ(3770)衰变过程中强子圈图实部和虚部振幅贡献的大小,以便进一步完善我们的模型。最后用分子态模型解释了新发现的Λ<,c>(2940)+粒子,应用强子圈图虚部的计算方法分析了其衰变数据,并为进一步的实验提供了指导。