双粲五夸克态的能谱及强衰变的研究

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强子家族有两大分支,分别为介子和重子。强子的内部包含复杂的夸克—胶子结构。七十年代,描述夸克-胶子的强相互作用动力学理论的量子色动力学(QCD)诞生了。根据QCD理论,强子内部的夸克、反夸克和胶子通过相互作用不断转化并达到某种平衡。科学家们在研究含粲夸克的束缚态J/ψ介子的衰变过程中,首次应用了微扰QCD。于是,QCD被证明是描写强相互作用现象的成功理论。然而,微扰QCD算法只能够适用在一个或者几个GeV以上的能量及动量处。为了充分了解低能强子物理非微扰区,格点规范理论和QCD求和规则的方法被相继提出。但在描述π介子时,由于π介子在自发破缺的手征对称性下没有质量,康普顿波长大于10-13cm,就必须满足无穷大的晶格。格点QCD要求格点的间距比强子的大小(10-13cm)小得多,所以π介子满足的格点数要求计算机的性能更高,计算机程序也就更复杂。人们又尝试寻找基于QCD理论的唯象模型解决物理困境,最受人瞩目的模型为组分夸克模型,按照其动力学分为两种类型:相对论组分夸克模型与非相对论组分夸克模型。组分夸克模型多次成功解释了各种物理现象,比如,在不考虑谐振子禁闭势,通过交换与QCD中隐藏的近似手征对称性相关的戈德斯通玻色子发生相互作用,组分夸克模型很好地描述了核子、共振态Δ和奇异超子的质量谱。本文的研究中,我们利用组分夸克模型探讨ccsq(?)五夸克态的质量谱。通过SU(6)组分夸克模型,强子质量谱、自旋和电磁现象能够得到成功的解释,但是解释不了强子激发态N*(1440)、Λ(1405)和N*(1535)的质量倒置的现象,并且这个模型预测的一些强子激发态在实验方面迟迟未发现,从而引发了“重子激发态丢失”的问题,到目前为止,研究者仍不能确定是理论不足还是实验精确度不高,但从两个角度出发都能加深我们对重子态的理解。另一方面,QCD理论中并没有对多夸克系统(如五夸克组态)区别看待,科学家们在θ粒子是否存在的争议过程中,逐渐致力于研究强子以及强子激发态的五夸克组态。随着物理实验精确性的不断提高,人们在三夸克模型的基础上,考虑了更高阶Fock空间成分的贡献。近几年,研究者又预测了ccsq(?)五夸克态是构成LHCb国际合作组观测的5个Ωc0粒子态中比例相当大的成分。在戈德斯通玻色子交换(GBE)模型超精细相互作用的形式下,我们用类似的理论方法预测了JP=1/2-、JP=3/2-和JP=5/2-最低能ccsq(?)五夸克态的质量与组态的混合系数。数值结果表明,具有相同自旋角动量和宇称的组态混合对混合态能量的影响不能忽略。我们修正了谐振参数,甚至为了避免结果对模型参数的依赖,把介子交换的耦合强度参数的取值从改变0%到上下浮动10%。所预测的值和其他研究者预测的双粲五夸克态的质谱很接近;而组态混合系数中主要组态占据情况几乎一样,并且在手征拉格朗日的方法下用七种五夸克组态描述了赝标介子和重子的衰变道耦合。
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