組份夸克模型下強子態(tài)若干性質(zhì)的研究.pdf

1、強子是最基本的強相互作用系統(tǒng)，正像原子光譜的研究導(dǎo)致量子力學(xué)的建立，強子譜的研究給我們帶來了夸克模型，進一步促進了強相互作用基本理論-量子色動力學(xué)(QCD)的建立。在高能區(qū)，QCD具有漸近自由的特性，可以進行微擾計算，計算結(jié)果已得到了實驗的精確檢驗。但是在低能區(qū)，由于色囚禁，微擾理論不再適用，再加上非微擾QCD理論本身的復(fù)雜性，完全從QCD第一原理出發(fā)解決低能問題是非常困難的。而強子譜的研究屬于QCD的低能領(lǐng)域。現(xiàn)在人們已發(fā)展了多種非微

2、擾近似方法：格點規(guī)范理論，QCD求和規(guī)則，Dyson-Schwinger方程，唯象的夸克模型等。雖然格點QCD，QCD求和規(guī)則，Dyson-Schwinger方程等具有很好QCD理論基礎(chǔ)的方法，近年來在描述強子性質(zhì)方面取得了一些重要的進展，但仍然存在一些問題，如難以描述強子的激發(fā)態(tài)?？紤]到低能區(qū)QCD具有手征對稱性自發(fā)破缺的特性，流夸克獲得了較大的質(zhì)量變成組份夸克，組份夸克間通過交換膠子和Goldstone玻色子發(fā)生相互作用，人們構(gòu)造了

3、具有QCD精神的唯象的組份夸克模型?？淇四Ｐ驮诿枋鰪娮幼V、強子.強予相互作用等方面都取得了非常大的成功，已成為強子物理研究的一個強有力的工具。本文就是在唯象的夸克模型的框架下，對一些強子態(tài)的性質(zhì)開展研究。
　　關(guān)于組份夸克模型中的相對論效應(yīng)的爭論一直伴隨著夸克模型的發(fā)展。一般認為，對于重夸克系統(tǒng)，相對論效應(yīng)應(yīng)該很小，而對于輕夸克系統(tǒng)，相對論效應(yīng)可能不能忽略，但是強子的質(zhì)量譜的計算表明，非相對論性的夸克模型能夠很好地描述從輕到重的所

4、有夸克系統(tǒng)，雖然對于輕夸克系統(tǒng)其中動能對強子質(zhì)量的貢獻接近甚至超過靜止質(zhì)量對強子質(zhì)量的貢獻。本論文的第一部分工作就是利用我們常用的夸克模型，采用平方囚禁和線性囚禁兩種囚禁勢，同時在相對論和非相對論動力學(xué)中計算了重味夸克偶素b()的能譜、輕子衰變、電磁輻射和強衰變等。結(jié)果表明，對于重夸克偶素，兩種動力學(xué)和兩種囚禁勢都可以很好地描述其性質(zhì)。雖然狄拉克動力學(xué)的描述整體上要優(yōu)于薛定諤動力學(xué)的描述，但差別不大，所以此時相對論效應(yīng)確實很小，可以忽略

5、。另外計算結(jié)果也表明線形囚禁的描述略優(yōu)于平方囚禁，特別是對于高激發(fā)態(tài)。
　　近年來，BES、BaBar、Belle等實驗合作組報道了許多新強子態(tài)的發(fā)現(xiàn)，如：X(3872)X(3940)Y(4160)Y(4260)Z(4430)等。2005年，BES-Ⅱ在J/ψ→η'π+π-過程中，在η'π+π-的不變質(zhì)量譜中發(fā)現(xiàn)了一個粒子定義為X(1835)。BES-Ⅲ在相同的過程中，確認了這一發(fā)現(xiàn)。在發(fā)現(xiàn)這一粒子的同時，還發(fā)現(xiàn)了另外兩個新的態(tài)X

6、(2120)和X(2370)。這些新發(fā)現(xiàn)的態(tài)都難以用傳統(tǒng)的夸克模型來解釋。理論上提出了有各種各樣的解釋，如對X(3872)，有正常的粲偶素態(tài)、分子態(tài)、四夸克系統(tǒng)，重子偶素等解釋，對X(1835)，同樣有η介子的激發(fā)態(tài)，重子偶素、膠球態(tài)和膠球與介子的混合態(tài)等解釋。在論文的第二部分工作就是在夸克模型的框架下，通過對作為兩夸克系統(tǒng)的η和η'以及他們激發(fā)態(tài)的能譜與強衰變寬度作系統(tǒng)計算，看是否可以將X(1835)X(2120)X(2370)和η(

7、1760)這四個粒子解釋為兩夸克系統(tǒng)。在計算中，考慮了K介子交換引起的非奇異成分與奇異成分的混合，其混合角由能量計算的動力學(xué)確定，衰變計算采用廣泛使用的3P0模型，所用到的波函數(shù)由能譜計算確定。計算結(jié)果表明，對于η(1760)，其能量靠近η'(21S0)，但衰變分支比的計算結(jié)果不支持此解釋。對于X(1835)，可以解釋為η(41S0)，衰變寬度的計算也支持這一解釋，進一步的實驗驗證需要測量X(1835)到πa0(980)，πa0(145

8、0)的衰變分支比。從質(zhì)量計算，X(2120)X(2370)在模型中可看作η'(31S0)η'(41S0)，但是理論計算得到的衰變寬度遠大于實驗值。因此將X(2120)和X(2370)解釋為η介子的激發(fā)態(tài)是不合適的。
　　對新強子態(tài)的一個重要研究方面是解釋為多夸克系統(tǒng)，例如N(1440)和∧(1405)可能是五夸克態(tài)。在傳統(tǒng)的夸克模型中，認為重子是由三個夸克組成的，介子由夸克-反夸克組成。實際上強子可能的成分應(yīng)該包含多夸克分量。如介

9、子可能是二夸克(q())，四夸克(q2q-2)，夸克-膠子(q()g)等的混合態(tài)，重子可能是三夸克(qqq)，五夸克(q4())，夸克-膠子(qqqg)等的混合態(tài)。為統(tǒng)一描述強子的性質(zhì)，應(yīng)該構(gòu)造包含多夸克和其它成分的夸克模型-非淬火夸克模型。對于介子的非淬火夸克模型已有部分工作。本論文第三部分的工作就是為發(fā)展重子的非淬火夸克模型作些初步的嘗試。在夸克模型中，考慮五夸克成分，利用3P0模型，計算三夸克與五夸克間的混合，進而得到五夸克成分對