用强子圈机制研究重夸克偶素的强子跃迁

发布时间：2020-07-20 08:12

【摘要】：在近十几年间,各大高能物理实验组在研究高激发态重夸克偶素的隐粲(底)衰变时发现了大量的反常现象。例如,Belle实验组在研究T(5S0的衰变时发现,其隐底衰变过程的衰变分支比都在10-3数量级。又例如,Belle和BESⅢ实验组宣布发现了一系列带电类底夸克偶素态Zb(10610)、Zb(10650)和带电类粲夸克偶素态Zc(3885)、Zc(3900)、Zc(4020)、Ze(4025)。以上这些反常的实验现象全都反映着,在高激发态重夸克偶素的隐粲(底)衰变中,强子圈机制扮演着十分重要的作用。因此,本论文运用强子圈机制继续对高激发态重夸克偶素的隐粲(底)衰变作了一系列的研究。研究内容包括:T(6S)的隐底衰变、Υ(2D)和T(3D)的产生以及利用ISPE(Initial Single Pion Emission)机制对BESⅢ实验组在e+e-Ψ(3686)π+π-过程的分(3686)π±不变质量谱上发现的带电结构作出解释。由于计算强子圈图需要用到有效拉氏量方法,所以本文首先介绍了有效场理论。其中包括如下几个方面:有效场理论的基本思想、重夸克对称性、手征对称性和非相对论性量子色动力学。然后基于重夸克对称性、手征对称性和非相对论性量子色动力学,构造描述重轻介子系统和轻介子之间的相互作用以及描述重夸克偶素和重轻介子之间的相互作用的有效拉氏量的一般方法得到了阐述。鉴于BelleⅡ实验已经投入运行,而目前粒子数据表上关于Υ(6S)的实验信息又十分匮乏,所以针对T(6S)开展一系列的研究是十分必要的。于是,应用强子圈机制,本文接着考察了T(65)→XbJ(?)T(6S)→T(nS)η(')和Υ(6S)→T(1D)η(')衰变过程。最终的理论计算结果不仅给出了以上过程的衰变分宽度,还给出了以上衰变过程的不依赖于形状因子中的参数CαΛ的分支比之间的比值。在对理论结果进行分析后,我们认为未来以BelleⅡ为代表的实验一定能够观测到T(6S)→XbJ(?)、T(6S)→XbJ、T(6S)→Υ(nS)η(')#和Υ(6S)→Υ(1D)η(')这四个过程,而这会使得T(11020)的性质可以被更加全面和深入的理解。同时,衰变分支比之间的比值的稳定性能够帮助实验更好的检验强子圈机制。值得一提的是,在2018年,Belle实验组宣布观测到了T(6S)→XbJ4 和Υ(6S)→XbJ 衰变过程,其实验测量结果和我们的理论预言符合得很好。然后,本文探讨了在BelleⅡ实验上发现Υ(2D)和T(3D)的可能性。通过阅读BelleII实验白皮书,我们认为BelleⅡ实验可以通过扫描Υ(6S)的ππ丢失质量谱来寻找T(2D),以及通过扫描e+e→(1P)η和e+e-→T(LS)η这两个过程的散射截面寻找T(3D)。于是,考虑到T(6S)及T(3D)粒子的质量在BB阈值之上,强子圈机制被应用于考察了T(6S)→T(LD)ππ、T(6S)→Υ(2D)ππ、Υ(33DJ)→hb(1P)η以及T(33DJ)→Υ(1S)η衰变过程。计算结果显示,BelleII实验可以通过扫描质心能量(?)s～mΥ(6s)时的ππt丢失质量谱来寻找Υ(2D),并且BelleII实验可以通过扫描e+e →hb(1P)η和e+e-→Υ(1S)η过程的散射截面寻找T(33D1)以及通过扫描e+e-→Υ(LS)η过程的散射截面寻找T(33D2)。而对于Υ(33D3),实验需另寻他法。最后,利用包含ISPE机制的拟合模型,本文对BESⅢ实验组给出的e+e-→Ψ(3686)π+π-过程的散射截面和位于6个不同能量点的π(3686)π±以及π+π-不变质量谱作了一次联合拟合。拟合结果显示,在不引入任何带电类粲偶素共振态的情况下,仅仅一套拟合参数就能够较好地重现出e+e→Ψ(3686)π+π-过程的散射截面以及所有的Ψ(3686)π一以及π+π-不变质量谱,尤其是,质量位于4.032 GeV附近的带电增长结构能够被很好地重现。因此,ISPE机制可以导致位于妙(3686)π±不变质量谱的带电增长结构的产生。总之,利用强子圈机制,本文不仅对重夸克偶素的衰变和产生进行了考察,还对带电类重夸克偶素作出了研究。如果未来的实验能够对我们的结果进行检验,那么强子圈机制在强子跃迁过程中所扮演的角色将会被更加深入地认识。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O572.33
【图文】：

费曼图,胶子,衰变过程,夸克

+ ，这个衰变道的分支比为84% [75]。为了解释这个实验现象，图1.1给出了Φ→ + 和Φ→ + 0这两个衰变过程在夸克-胶子层次下的费曼图 [75]。图 1.1: Φ→ + （左图）和Φ→ + 0（右图）这两个衰变过程在夸克-胶子层次下的费曼图，此图取自于文献 [75]图1.1表明，对于左边Φ→ + 过程的费曼图，我们不能在不触及粒子线的情况下剪开胶子内线将其分为两部分，而对于右边Φ→ + 0的费曼图，只要我们用图中的剪刀剪开中间的胶子线，那么这张费曼图就可以被分成两个部分。所以

效率,方线,丢失质量,相空间分布

1.10: 经过效率修正后的 (6 )→ (1 ) + （左图）和 (6 )→ (1 ) + （右图）过程的 ( )丢失质量谱。图中散点代表实验测量数据，实直方线代表对信号的拟合直方线代表相空间分布。此图取自于文献 [122]。

费曼图,T矩阵,中间态,实线

, (1.34)有了T矩阵的虚部和实部后，Bugg在图1.13中呈现了T矩阵实部、虚部和模方的线形（Line-shape）。图1.13表明，在 ˉ *和 *ˉ *阈值处出现的CUSP结构可以分别与 (100610)和 (10650)对应 [138]。图 1.13: 中间态 ˉ *（左图）和 *ˉ *（右图）圈中的CUSP结构，其中实线为总的T矩阵的模方，虚线为T矩阵的虚部，点状线为T矩阵的实部。此图取自于文献 [138]。与Bugg一样，Swanson也运用参数化散射振幅的方法对实验上观测到的带电类粲偶素和类底偶素的增长结构作出了CUSP效应的解释 [139, 140]。Swanson运用交叉对称性（见文献 [136]）将一个1到3过程转为了一个2到2过程 [139, 140]。经过这样的转换后，跃迁过程的费曼图可以化为图1.14这样的形式，于是1到3过程的不变质量谱就对应为2到2过程的散射截面 [139, 140]。同时

【参考文献】