夸克模型及含重味夸克的強(qiáng)子態(tài)性質(zhì)研究.pdf

1、近幾年來,Belle,BaBar等實(shí)驗(yàn)合作組報(bào)道了大量含重味夸克(c,b)的新強(qiáng)子態(tài)存在的信號(hào),本文首先簡要回顧這些新強(qiáng)子態(tài)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與可能的理論解釋。在理論上,量子色動(dòng)力學(xué)(QCD)被公認(rèn)為是強(qiáng)相互作用的基本理論。但低能強(qiáng)子物理屬于QCD的非微擾區(qū),由于非微擾QCD的復(fù)雜性,完全用QCD第一性原理處理低能強(qiáng)子問題非常困難。雖然格點(diǎn)QCD近年來取得重要進(jìn)展,但離滿意描述還很遠(yuǎn),特別是對(duì)于強(qiáng)子-強(qiáng)子相互作用和多夸克系統(tǒng)。然而,眾所周知,具

2、有QCD主要性質(zhì)的唯象夸克模型在描述核子.核子相互作用、重子譜、重夸克偶素能譜等強(qiáng)子性質(zhì)方面都取得了非常大的成功。本文主要是拓展了多夸克體系的顏色空間,將組分夸克模型推廣應(yīng)用到四夸克體系,探討各種顏色結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)能譜的影響,解釋實(shí)驗(yàn)報(bào)道的大量含(c,(c))成份的XYZ新強(qiáng)子態(tài),預(yù)言新奇特介子可能存在的組態(tài)。另外,根據(jù)Belle實(shí)驗(yàn)合作組最新報(bào)道的兩個(gè)新強(qiáng)子態(tài)(X(4160)、X(3915)),利用正一反夸克對(duì)真空產(chǎn)生(3P0)模型,本文

3、研究了質(zhì)量和量子數(shù)與X(4160)、X(3915)符合的一些粲偶素激發(fā)態(tài)的強(qiáng)衰變性質(zhì),嘗試對(duì)這兩個(gè)態(tài)作出理論解釋。為此,本文主要開展了以下幾方面的工作:
　　 1.基于多高斯展開算法(GEM),采用樸素夸克模型、手征組分夸克模型、夸克蛻定域色屏敝模型系統(tǒng)研究了各種顏色結(jié)構(gòu)的S-波QQ(qq)(Q=s,c,b；q=u,d)組態(tài)。計(jì)算結(jié)果表明,量子數(shù)(I,J)=(0,1)的bb(qq)在三個(gè)夸克模型中都存在束縛態(tài),其束縛能從雙介子結(jié)

4、構(gòu)的幾個(gè)MeV到diquark—antidiquark結(jié)構(gòu)的一百多MeV；由于介子交換相互作用,(I,J)=(0,1)的cc(qq)在介子交換模型中存在弱束縛態(tài)。本文首次在夸克模型中討論了分子態(tài)和diquark-antidiquark結(jié)構(gòu)的混合,由于輕夸克間單膠子交換勢對(duì)能級(jí)劈裂的影響,bb(qq)和cc(qq)在(I,J)=(0,1)道出現(xiàn)了緊束縛態(tài),而且在手征組分夸克模型中還存在質(zhì)量為1.4GeV的ss(qq)束縛態(tài)。
　　

5、 2.采用樸素夸克模型和手征組分夸克模型系統(tǒng)研究了分子態(tài)結(jié)構(gòu)的S-波[(Q)q][(q)Q]組態(tài)中的隱色道效應(yīng)和正、反夸克間的湮滅相互作用。主要結(jié)論如下:
　　 （1）s-道湮滅相互作用勢是排斥勢。
　　 （2）在[(b)q[(q)b]系統(tǒng)中,隱色道效應(yīng)能使大部份分子態(tài)形成緊束縛態(tài)。這是由于6,(b)夸克質(zhì)量大,相應(yīng)的動(dòng)能項(xiàng)貢獻(xiàn)小,系統(tǒng)處于顏色八重態(tài)時(shí)能量低；而色單態(tài)與隱色道耦合時(shí),兩個(gè)輕夸克間的色磁相互作用對(duì)兩道能級(jí)劈

6、裂的貢獻(xiàn)很大。
　　 （3）在[(c)q][(q)c]系統(tǒng)中,若考慮隱色道效應(yīng),則新強(qiáng)子態(tài)Z+1(4050)可以解釋為量子數(shù)I(JPC)=1(0++)的(D)*0D*+分子態(tài)；X(3915)解釋為I(JPC)=0(0++)的D*(D)*分子態(tài)；另外,在樸素夸克模型中還存在I(JPC)=1/2(0++)的D*s(D)*弱束縛態(tài),本文建議實(shí)驗(yàn)上通過分析末態(tài)J/ψK*的不變質(zhì)量譜尋找該新強(qiáng)子態(tài)。
　　 （4）即使考慮隱色道效應(yīng)

7、,S-波[(Q)Q][(Q)q]、[(Q)Q][(Q)Q]、[(q)q][(q)q]系統(tǒng)很難形成束縛態(tài)。因?yàn)榻M成四夸克態(tài)內(nèi)部的兩個(gè)介子間的顏色單態(tài)與八重態(tài)的顏色耦合矩陣元大小相等,而夸克一夸克、反夸克-反夸克與兩對(duì)夸克.反夸克間的符號(hào)相反,因此,色磁相互作用可能大部份或完全抵消,以致于它對(duì)四夸克系統(tǒng)內(nèi)色單態(tài)道與隱色首的能級(jí)劈裂幾乎沒有貢獻(xiàn)。
　　 3.基于Belle實(shí)驗(yàn)合作組最新報(bào)到的兩個(gè)含(c(c))的態(tài)(X(4160)、X(

8、3915)),本文首先從粲偶素質(zhì)量譜分析得出它們可能的候選者,然后用3P0模型研究這些候選者的強(qiáng)衰變性質(zhì)。從質(zhì)量譜的角度分析,χ0(33P0)、χ1(33P1)、ηc2(21D2)、ηc(41S0)四個(gè)態(tài)都與X(4160)實(shí)驗(yàn)值符合,但我們的計(jì)算結(jié)果表明只有他(2’J[)2)的強(qiáng)衰變性質(zhì)與X(4160)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好,可以合理地把X(4160)解釋為粲夸克偶素ηc2(21D2)。雖然X(3915)的實(shí)驗(yàn)質(zhì)量與χ0(23P0)相同,但

9、后者的強(qiáng)衰變寬度遠(yuǎn)大于前者的實(shí)驗(yàn)值,兩者不可能是同一個(gè)粒子。該結(jié)論與第2個(gè)研究工作是完全自洽的,即進(jìn)一步驗(yàn)證了X(391.5)是I(JPC)=0(0++)的分子態(tài)D*(D)*,而X(4160)不是四夸克態(tài)。
　　 4.根據(jù)CDF和DO實(shí)驗(yàn)組最新報(bào)道的含有單個(gè)b夸克的重重子∑6,∑b1和Ξb,本文采用多高斯展開方法,在組分夸克模型下系統(tǒng)研究了含有一、二、三個(gè)重味夸克的重重子譜,并得到了與已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一致的結(jié)果。
　　 組分