多夸克态的研究

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量子色动力学是描述强相互作用的理论,截止目前研究表明强相互作用有三个很重要的性质:渐近自由,夸克紧闭,以及近似手征对称性和自发性破缺。直接根据QCD拉氏量难以得到强子谱。除了格点QCD能够计算强子谱之外,我们根据QCD的特性引入一些唯象的模型计算强子谱,其中最成功的是夸克模型,它将强子分成两类:重子和介子,其中重子是由三个夸克构成的,介子是由两个夸克构成的。盖尔曼用SU(3)味道群成功的解释了矢量介子和标量介子的八重态,以及重子的八重态和十重态,Godfrey-Isgur用夸克的相对论势模型成功的解释了基态以及激发态的介子的能谱以及它们的衰变。  在过去的10多年中,随着实验的进步世界上各个知名的实验室相继报道了很多类粲偶素和类底偶素。由于目前不清楚它们的内部结构所以称它们为XYZ粒子,它们是由两个夸克和两个反夸克构成的隐粲四夸克态。除此之外,LHCb实验室于2015年在Mp的不变质量谱上观测到两个隐粲的五夸克态,Pc(4380)和Pc(4450)。这些多夸克态强子的发现为我们研究多夸克态提供了很有利的实验依据。为了研究这些四夸克态和五夸克态,很多理论模型尝试去解释它们,如单玻色子交换,单π交换,手征么正,以及手征夸克和QCD求和规则等。最早发现的X(3872)就有上千篇文章对它进行解释,但是到目前为止我们依旧还没有完全搞清楚它的本质。  已经发现的多夸克态中,一部分有一个特性,它们的质量在两个粲介子或者底介子的阈值附近,这意味着这些态很可能是一些分子态。本文系统地研究了两个粲介子以及底介子组成的所有系统可能存在的束缚态,我们采用的是单玻色子交换模型,并且考虑所有可能做为传播子的介子,这些介子在传播过程中所起的作用是不一样的,其中p和ω介子主要是在相互作用过程中起短程作用,σ和η是起中程作用,而π是起到长程作用,由于η和η′两个介子之间有混合角,所以我们在计算中还考虑了η′的作用。根据形成氚核的经验,D波在形成束缚态的过程中贡献是比较大的,同样在本文中我们也考虑了S-D混合。通过计算我们和实验上发现的已知的几个多夸克态进行对照,发现义(3872)是DD*-+h.c的一个束缚态,Zc(3900)不是DD*-的束缚态,Zc(4020)不是D*D*-+h.c的束缚态。Zb(10610)不是B*B-+h.c的分子态,Zb(10650)不是B*B*-+h.c的分子态。  以下是各个章节的内容:  第一章:首先介绍了人类一直探索的物质基本结构的历史,和人类目前对于物质基本结构的认识,以及这些基本结构之间的相互作用力。其次介绍了研究这些基本相互作用的几个对称性,这些对称性对于我们研究问题起到简化的作用。再次介绍了在QED中很著名的Yukawa模型,它与我们单玻色子交换模型有非常大的联系。最后介绍了加速器和一些著名的实验室以及目前多夸克态的实验现状。  第二章:由于目前我们发现的这些多夸克态有的有比较大的宽度,所以我们需要有方法可以同时计算它的质量和宽度。本文先后介绍了两种比较著名的方法,手征么正法和复标度方法,手征么正方法用于计算耦合道形成的共振态非常方便,但是它只能考虑基态系统,在本文中我们采用的是复标度方法来研究,它不仅可以计算S-D混合的系统,还可以计算耦合道的系统。  第三章:首先介绍了研究多夸克态的多种方法和我们研究多夸克态的方法单玻色子交换模型。其次介绍了重夸克有效理论。再次介绍了推导两个介子之间的有效势能,并列出了我们研究的每一个系统中的有效势能。最后列出了每一个系统的数值结果,和实验上已发现的多夸克态进行对比,得出结论。  第四章:对P-P系统’P- P*系统和P*-P*系统的计算结果进行了总结,与实验上发现的多夸克态进行了对比,并对未来多夸克态的研究充满希望。
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