标量和赝标隐粲四夸克态以及其它相关强子质量谱的研究

发布时间：2020-06-07 04:40

【摘要】：自2003年Belle实验组在B介子衰变到J/ψπ+π-不变质量谱中观测到X(3872)粒子以来,世界各大实验组陆续发现了许多这样的类粲介子。由于它们的质量、衰变宽度等性质与夸克模型所预言的粲偶素高激发态不一致,对现有的理论和夸克模型提出了挑战,同时也为粒子物理工作者们更深层次地探究强相互作用提供了理想的研究平台。由此,掀起了对奇特强子态的研究热潮。目前,大家对现有的类粲介子大概有五种解释:紧致四夸克态、松散分子态、混杂态、强子粲偶素和运动学效应。其中,紧致四夸克态和松散分子态的解释最为流行。紧致四夸克态的解释基于唯象双夸克模型,认为类粲介子是双夸克-反双夸克四夸克态,双夸克与反双夸克之间通过交换胶子紧密结合在一起。在松散分子态模型中,类粲介子是由两个粲介子形成的松散束缚态,每一个组分介子内部受很强的量子色动力学(QCD)色荷力束缚,而介子之间则依靠一种弱得多的类似于化学中的范德华力的QCD色中性剩余力来束缚。理论上,QCD是目前公认的描述强相互作用的基本理论,但由于长程夸克-胶子相互作用的复杂性,完全从QCD第一性原理出发解决低能强子问题遇到了困难。1979年由Shifman、Vainshtein、Zakharov提出的QCD求和规则,是一种基于QCD的半唯象的非微扰理论,在描述强子谱、强子衰变等方面取得了很大的成功。它的基本思想为:强子用相同量子数的内插流来描述,这些内插流的关联函数,一方面,在q20区域用算符乘积展开的方法处理,将其中的短程和长程夸克-胶子相互作用分开,短程部分用QCD微扰理论计算,长程部分被参数化为一组普适的真空凝聚值;另一方面,在q20区域,用可观测的物理量表示的谱密度来表述;再根据夸克-强子对偶性,将两个不同层次的关联函数联系起来,从而抽取出要得到的强子信息。因此,在本文中,我们采用QCD求和规则的方法,将四夸克系统分别看作紧致四夸克态和松散分子态,研究了标量和赝标隐粲四夸克态的质量谱,对可能存在的四夸克态,给予了理论预言;并对其它一些相关强子做了研究。在运用QCD求和规则研究隐粲四夸克系统时,我们不同于其他理论组,考虑了 QCD求和规则对能标的依赖性,利用能标公式协调地将QCD谱密度的能标定下来。相应地,我们也考虑了输入参数:夸克质量和真空凝聚值随能标的演化,采用了不同于以往的参数选取方案,将这些输入参数演化到这个特定的能标。这样,隐粲四夸克系统的QCD求和规则可以同时满足极点为主和算符乘积展开收敛,使得我们的计算结果更加的可靠。本文,我们的具体工作如下:1.我们基于双夸克亚结构,构造了C(?)C型和Cγμγ5(?)γ5γμC型双夸克-反双夸克四夸克态(cucd/cucs)内插流,利用QCD求和规则,完成了对相应的带电的标量隐粲四夸克态的研究。结果显示,赝标-赝标型和矢量-矢量型隐粲四夸克态质量的预言值分别为(5.43-5.45)GeV和(4.64-4.67)GeV。除此之外,我们还讨论了这两类四夸克态可能的强子衰变模式,给出了它们的主要衰变道。结果,我们发现这两类四夸克态有着相同的主要衰变道,而矢量-矢量型四夸克态的质量较小,其宽度更窄,在实验上更易被发现。2.我们利用标量、赝标和轴矢双夸克结构及其相应的反双夸克结构,构造了矢量和轴矢四夸克态(cucd)内插流。由于这些流都是非守恒流,分别与矢量和轴矢粒子耦合的同时,还能分别与标量和赝标粒子进行耦合。借此,我们通过QCD求和规则研究了量子数JPC分别为0+±和0-±的隐粲四夸克态的质量。结果显示,互为电荷共轭的赝标隐粲四夸克态的质量是简并的,而电荷共轭宇称不同的标量隐粲四夸克态之间的质量差有610MeV之大;标量隐粲四夸克态的质量大于赝标隐粲四夸克态质量。此外,我们还简要地讨论了这些隐粲四夸克态可能的强衰变模式,为将来实验上寻找这些四夸克态提供一些帮助。3.在D(?)s0*(2317)和D*Ds1*(2460)系统中,D和D*介子有着负宇称,而Ds0*(2317)和Ds1*(2460)介子的宇称是正的。这样,通过势模型分析,在S波中,交换K介子,存在一种类似于库仑力的力,能够将D(?)s0*(2317)和D*Dsl*(2460)系统分别束缚在一起。另一方面,介子D(D*)和Ds0*(2317)(DsI*(2460))的质量差很接近K尤介子质量,这就意味着,交换的K尤介子接近质壳,相互作用的范围将非常大。由此,我们假定存在D(?)s*0(2317)和D*Ds1*(2460)赝标分子态,构造相应的色单态-色单态的分子态内插流,运用QCD求和规则研究它们的质量。但我们所得到的质量值分别位于D(?)s0*(2317)、D(?)s0*(2317)的阈值之上,表明D(?)s*0(2317)和D(?)s0*(2317)都难以形成束缚的分子态。接着,我们经过一系列分析,推测所构造的色单态-色单态内插流描述的态很可能是共振态,即为散射态、分子态和类分子态的叠加态。4.我们对分子态做了进一步的研究,构造色单态-色单态-色单态分子态内插流,计算了六夸克分子态D(?)*K的质量。结果,所预测的质量高于D(?)*K的阈值,预示着D(?)*K难以形成束缚的分子态,而色单态-色单态-色单态分子态内插流所描述的态很可能是一个共振态。本文研究的标量和赝标隐粲四夸克态目前没有实验对应,所以我们以X(4140)为例,研究了它的质量和衰变,结果所得的质量和衰变都与实验数据吻合得很好;同时,我们还根据最新实验结果,预言了矢量和轴矢四重四夸克态的质量,并发现矢量四重四夸克态的一个典型特性:矢量四夸克态位于0++、1+-和2++四夸克态的质心质量以上40MeV处。此外,我们还利用QCD求和规则研究了传统的张量重介子的质量和衰变常数,再现了它们的实验值。
【图文】：

权图,夸克,八重态

列出了夸克《，ｄ，ｓ的各个量子数。逡逑以超荷Ｆ为纵轴，同位旋第三分量／３为横轴，我们可以画出夸克ｗ，Ｊ，ｓ逡逑的权图１－２。逡逑Ｙ逡逑７逦１／３逡逑ｄ＼逦ｒ逦７！，逡逑．＼邋／邋一逡逑＼邋／逡逑＼邋／邋．逡逑ｊＶ邋＾２／３逡逑图１－２邋ｗ，ｄ和：ｙ夸克的权图。逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｈｅ邋ｗｅｉｇｈｔ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆｕ，ｄ邋ａｎｄ５＊ｑｕａｒｋｓ．逡逑接下来，我们讨论下强子的分类。对于介子的框架内，逡逑＾邋＝邋３？３邋＝邋１？８，逦（１－２４）逡逑形成味单态和八重态。正反夸克的自旋分别为１／２，宇称相反，在夸克之间没逡逑有相对运动情况下，对应着有赝标介子（＾ｚｆＴ）单态和八重态、矢量介子逡逑（ｊｐ邋＝邋ｒ）单态和八重态。根据实验结果和夸克的量子数

八重态,权图,矢量介子,夸克

列出了夸克《，ｄ，，ｓ的各个量子数。逡逑以超荷Ｆ为纵轴，同位旋第三分量／３为横轴，我们可以画出夸克ｗ，Ｊ，ｓ逡逑的权图１－２。逡逑Ｙ逡逑７逦１／３逡逑ｄ＼逦ｒ逦７！，逡逑．＼邋／邋一逡逑＼邋／逡逑＼邋／邋．逡逑ｊＶ邋＾２／３逡逑图１－２邋ｗ，ｄ和：ｙ夸克的权图。逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｈｅ邋ｗｅｉｇｈｔ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆｕ，ｄ邋ａｎｄ５＊ｑｕａｒｋｓ．逡逑接下来，我们讨论下强子的分类。对于介子的框架内，逡逑＾邋＝邋３？３邋＝邋１？８，逦（１－２４）逡逑形成味单态和八重态。正反夸克的自旋分别为１／２，宇称相反，在夸克之间没逡逑有相对运动情况下，对应着有赝标介子（＾ｚｆＴ）单态和八重态、矢量介子逡逑（ｊｐ邋＝邋ｒ）单态和八重态。根据实验结果和夸克的量子数
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O572.33

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