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对强子结构以及强子内组分之间相互作用的深入理解是从上个世纪五十年代才真正开始的.强子结构(主要是指较轻的u,d,s夸克构成的强子)是基于SU(3)夸克模型的.在人们庆贺SU(3)模型成功的同时,有很多似乎很难解决的问题同时出现在我们眼前。我们认定介子是由正反夸克构成的是玻色子,而重子由三个夸克组成是费米子。为了解决统计问题,人们引入了新的色自由度,很快它就与夸克禁闭结合起来,即我们能直接观测的强子必须在SU<,c>(3)的单态表示中,而负责夸克间强相互作用的规范理论是SU(3)的Yang-Mills规范理论,它的规范粒子一胶子有自相互作用,因而可以被束缚(光子是U(1)规范粒子,不携带核,因而不能被束缚),因而应该有胶球和混杂态。而这些奇特态(exotic state)至今还未被实验找到。
即使对非常熟悉的重子来说,问题也并不简单。介子中仅有两个价夸克,是两体问题,它的谱和产生、衰变机制都比较简单。而对于有三个价夸克的重子来说,三体问题很不容易处理,即使在经典层次上也是很困难的。原则上,在介子层次上应用 Bethe-salpeter方程 (BSE)。但对重子就要用三体的Faddeev方程,它由三个联立的微分方程组成,至今还没有更合适的解出现.然而,我们也许可以求助于一个简化的物理图象:有两个夸克可以处于,SU<,c>(3)的反三重态中,很容易从SU(3)的Casimir算子计算得出,当两个夸克处于3态时,它们之间的相互作用是吸引力,因而有可能束缚在一起。事实上,从Faddeevr方程我们也可以看到这点。这两个束缚得比较紧密的夸克就构成了一个物理实体,称为diquark。由于diquark是在色反三重态中,它将和另外一个夸克(在色三重态中)构成色单态的重子。
这当然是一个简化的图象,但很可能它可以比较好地描述了重子的结构。基于 diquark是一个近似的物理实体的假定,我们可以构造quark—diquark的物理模型.这样对diquark的结构要做深入的研究。由于diquark不是一个真正的点粒子,它有内部结构,因而在和各种规范粒子、甚至手征玻色子的耦合顶点就不是标准模型的基本拉氏量完全确定的,而是有一个反映结构的形状因子。
由于强相互作用的耦合常数是跑动的,在低能时变得很大,使得微扰论的应用受到了限制。人们便寻求用模型来描述它。对于重子和多夸克态的结构描述,许多人采用了diquark这种模型,它将重子三体问题化为两体问题,使研究得到简化。实际上,从夸克概念诞生以来,有关diquark结构、性质的研究便开始了。diquark作为了解强子结构和高能粒子反应的重要性变得越来越重要了。根据目前量子色动力学的知识,diquark关联部分起因于两个夸克自旋相互作用、夸克径向和轨道激发以及夸克质量差.由于是非点粒子,Diquark的内部结构也影响着重子的性质和它的衰变机制。Diquark也在hadron-initiated反应、强子的轻子非弹性散射和e<+>e<->等反应中的强子产生起作用。Diquark对重子化(baryonium)和类介子半稳态的形成和性质是重要的。许多在高能exculsive反应中观察到的自旋效应,用纯夸克图像描述重子会带来的严重问题,可以通过引入diquark描述强子而解决。对于diquark来说,它们的性质和作用还有相当多的争论.如:ud标量diquark的质量一般认为是在200MeV~800MeV之间;diquark的夸克内容是双重、双轻还是一重一轻;diquark均方根半径或电磁半径;diquark的形状因子等等。基于上述考虑,我们选择研究diquark各种性质。在方法上,我们选择了BSE这一建立在坚实场论基础上的、研究两体相对论性束缚态的专门工具。在对BSE的核应用瞬时近似后,BSE被发展成能够计算散射问题的方法。在选择diquaxk核时,考虑到夸克一夸克之间和夸克-diquark之间的相互作用都由QCD主导,所以在形式上 diquark和介子的核是一致的,但是单胶子交换核的色因子差一1/2。在禁闭势的选择上,引入了一个自由参数β,它也是考虑了禁闭是色相互作用,所以可能diquark禁闭势可能也只有介子情形的1/2。但是实际情况是很复杂的,所以我们让它在0~1之间取值。另一个参数V<,0>,在介子谱的拟合中是不可缺的,在diquark情形也是一个可自由调节参数。要确定这两个参数,必须将diquark放入到重子中去.Diquark核的其它参数由拟合介子谱来确定。
作为BSE方法的一个直接应用,我们用这一方法计算了D<+><,sJ>(2632)作为0<+>第一径向激发态或2<+>基态夸克内容为cs的强衰变。如果实验无误,该粒子很可能是奇异态,如四夸克态、分子态或混杂态。
本文从diquark的场论定义出发,推导出了diquark满足的BSE,给出了标量和赝矢量diquark的分量波函数的约束条件、耦合方程及其归一化方法。用这些耦合方程和由拟合介子谱得到的参数计算了由u,d,s,c,b各种可能组合来构成标量和赝矢量自由diquark的谱和平均半径。由于diquark和介子的差异及QCD的夸克禁闭的非微扰效应,我们引入了一个新的自由参数β,指出其可能值为0.5。由两重夸克构成的diquark的均方根半径与文献是一致,小于1费米。含两轻夸克的diquark中,使用组分夸克质量作为BSE中夸克输入质量给出的误差较大。进一步,我们给出了用瞬时BSE方法给出了计算diquark同胶子、光子、Z<0>、W<±>、π等玻色子耦合的形状因子公式。这些diquark的性质对于计算重子的谱和研究重子衰变等问题具有重要意义。
本文给出了由两个重夸克c,b构成diquark的形状因子的数值结果。由于u,d,s夸克很轻,其相对论效应很强,在强子中其质量是随其动量跑动的,应用瞬时近似BSE研究会很粗糙,所以,后续工作应是采用Dyson-Schwinger Equation(DSE)和BSE结合的方法来研究由两轻夸克的diquark。另一工作就是要将以上计算出的diquark的形状因子应用到重子谱和其衰变的研究当中去。