【摘要】：自2003年Belle實驗組在B介子衰變到J/ψπ+π-不變質(zhì)量譜中觀測到X(3872)粒子以來,世界各大實驗組陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多這樣的類粲介子。由于它們的質(zhì)量、衰變寬度等性質(zhì)與夸克模型所預(yù)言的粲偶素高激發(fā)態(tài)不一致,對現(xiàn)有的理論和夸克模型提出了挑戰(zhàn),同時也為粒子物理工作者們更深層次地探究強相互作用提供了理想的研究平臺。由此,掀起了對奇特強子態(tài)的研究熱潮。目前,大家對現(xiàn)有的類粲介子大概有五種解釋:緊致四夸克態(tài)、松散分子態(tài)、混雜態(tài)、強子粲偶素和運動學(xué)效應(yīng)。其中,緊致四夸克態(tài)和松散分子態(tài)的解釋最為流行。緊致四夸克態(tài)的解釋基于唯象雙夸克模型,認為類粲介子是雙夸克-反雙夸克四夸克態(tài),雙夸克與反雙夸克之間通過交換膠子緊密結(jié)合在一起。在松散分子態(tài)模型中,類粲介子是由兩個粲介子形成的松散束縛態(tài),每一個組分介子內(nèi)部受很強的量子色動力學(xué)(QCD)色荷力束縛,而介子之間則依靠一種弱得多的類似于化學(xué)中的范德華力的QCD色中性剩余力來束縛。理論上,QCD是目前公認的描述強相互作用的基本理論,但由于長程夸克-膠子相互作用的復(fù)雜性,完全從QCD第一性原理出發(fā)解決低能強子問題遇到了困難。1979年由Shifman、Vainshtein、Zakharov提出的QCD求和規(guī)則,是一種基于QCD的半唯象的非微擾理論,在描述強子譜、強子衰變等方面取得了很大的成功。它的基本思想為:強子用相同量子數(shù)的內(nèi)插流來描述,這些內(nèi)插流的關(guān)聯(lián)函數(shù),一方面,在q20區(qū)域用算符乘積展開的方法處理,將其中的短程和長程夸克-膠子相互作用分開,短程部分用QCD微擾理論計算,長程部分被參數(shù)化為一組普適的真空凝聚值;另一方面,在q20區(qū)域,用可觀測的物理量表示的譜密度來表述;再根據(jù)夸克-強子對偶性,將兩個不同層次的關(guān)聯(lián)函數(shù)聯(lián)系起來,從而抽取出要得到的強子信息。因此,在本文中,我們采用QCD求和規(guī)則的方法,將四夸克系統(tǒng)分別看作緊致四夸克態(tài)和松散分子態(tài),研究了標量和贗標隱粲四夸克態(tài)的質(zhì)量譜,對可能存在的四夸克態(tài),給予了理論預(yù)言;并對其它一些相關(guān)強子做了研究。在運用QCD求和規(guī)則研究隱粲四夸克系統(tǒng)時,我們不同于其他理論組,考慮了 QCD求和規(guī)則對能標的依賴性,利用能標公式協(xié)調(diào)地將QCD譜密度的能標定下來。相應(yīng)地,我們也考慮了輸入?yún)?shù):夸克質(zhì)量和真空凝聚值隨能標的演化,采用了不同于以往的參數(shù)選取方案,將這些輸入?yún)?shù)演化到這個特定的能標。這樣,隱粲四夸克系統(tǒng)的QCD求和規(guī)則可以同時滿足極點為主和算符乘積展開收斂,使得我們的計算結(jié)果更加的可靠。本文,我們的具體工作如下:1.我們基于雙夸克亞結(jié)構(gòu),構(gòu)造了C(?)C型和Cγμγ5(?)γ5γμC型雙夸克-反雙夸克四夸克態(tài)(cucd/cucs)內(nèi)插流,利用QCD求和規(guī)則,完成了對相應(yīng)的帶電的標量隱粲四夸克態(tài)的研究。結(jié)果顯示,贗標-贗標型和矢量-矢量型隱粲四夸克態(tài)質(zhì)量的預(yù)言值分別為(5.43-5.45)GeV和(4.64-4.67)GeV。除此之外,我們還討論了這兩類四夸克態(tài)可能的強子衰變模式,給出了它們的主要衰變道。結(jié)果,我們發(fā)現(xiàn)這兩類四夸克態(tài)有著相同的主要衰變道,而矢量-矢量型四夸克態(tài)的質(zhì)量較小,其寬度更窄,在實驗上更易被發(fā)現(xiàn)。2.我們利用標量、贗標和軸矢雙夸克結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的反雙夸克結(jié)構(gòu),構(gòu)造了矢量和軸矢四夸克態(tài)(cucd)內(nèi)插流。由于這些流都是非守恒流,分別與矢量和軸矢粒子耦合的同時,還能分別與標量和贗標粒子進行耦合。借此,我們通過QCD求和規(guī)則研究了量子數(shù)JPC分別為0+±和0-±的隱粲四夸克態(tài)的質(zhì)量。結(jié)果顯示,互為電荷共軛的贗標隱粲四夸克態(tài)的質(zhì)量是簡并的,而電荷共軛宇稱不同的標量隱粲四夸克態(tài)之間的質(zhì)量差有610MeV之大;標量隱粲四夸克態(tài)的質(zhì)量大于贗標隱粲四夸克態(tài)質(zhì)量。此外,我們還簡要地討論了這些隱粲四夸克態(tài)可能的強衰變模式,為將來實驗上尋找這些四夸克態(tài)提供一些幫助。3.在D(?)s0*(2317)和D*Ds1*(2460)系統(tǒng)中,D和D*介子有著負宇稱,而Ds0*(2317)和Ds1*(2460)介子的宇稱是正的。這樣,通過勢模型分析,在S波中,交換K介子,存在一種類似于庫侖力的力,能夠?qū)(?)s0*(2317)和D*Dsl*(2460)系統(tǒng)分別束縛在一起。另一方面,介子D(D*)和Ds0*(2317)(DsI*(2460))的質(zhì)量差很接近K尤介子質(zhì)量,這就意味著,交換的K尤介子接近質(zhì)殼,相互作用的范圍將非常大。由此,我們假定存在D(?)s*0(2317)和D*Ds1*(2460)贗標分子態(tài),構(gòu)造相應(yīng)的色單態(tài)-色單態(tài)的分子態(tài)內(nèi)插流,運用QCD求和規(guī)則研究它們的質(zhì)量。但我們所得到的質(zhì)量值分別位于D(?)s0*(2317)、D(?)s0*(2317)的閾值之上,表明D(?)s*0(2317)和D(?)s0*(2317)都難以形成束縛的分子態(tài)。接著,我們經(jīng)過一系列分析,推測所構(gòu)造的色單態(tài)-色單態(tài)內(nèi)插流描述的態(tài)很可能是共振態(tài),即為散射態(tài)、分子態(tài)和類分子態(tài)的疊加態(tài)。4.我們對分子態(tài)做了進一步的研究,構(gòu)造色單態(tài)-色單態(tài)-色單態(tài)分子態(tài)內(nèi)插流,計算了六夸克分子態(tài)D(?)*K的質(zhì)量。結(jié)果,所預(yù)測的質(zhì)量高于D(?)*K的閾值,預(yù)示著D(?)*K難以形成束縛的分子態(tài),而色單態(tài)-色單態(tài)-色單態(tài)分子態(tài)內(nèi)插流所描述的態(tài)很可能是一個共振態(tài)。本文研究的標量和贗標隱粲四夸克態(tài)目前沒有實驗對應(yīng),所以我們以X(4140)為例,研究了它的質(zhì)量和衰變,結(jié)果所得的質(zhì)量和衰變都與實驗數(shù)據(jù)吻合得很好;同時,我們還根據(jù)最新實驗結(jié)果,預(yù)言了矢量和軸矢四重四夸克態(tài)的質(zhì)量,并發(fā)現(xiàn)矢量四重四夸克態(tài)的一個典型特性:矢量四夸克態(tài)位于0++、1+-和2++四夸克態(tài)的質(zhì)心質(zhì)量以上40MeV處。此外,我們還利用QCD求和規(guī)則研究了傳統(tǒng)的張量重介子的質(zhì)量和衰變常數(shù),再現(xiàn)了它們的實驗值。
【圖文】：

列出了夸克《，ｄ，ｓ的各個量子數(shù)。逡逑以超荷Ｆ為縱軸，同位旋第三分量／３為橫軸，我們可以畫出夸克ｗ，Ｊ，ｓ逡逑的權(quán)圖１－２。逡逑Ｙ逡逑７邐１／３逡逑ｄ＼邐ｒ邐７！，逡逑．＼邋／邋一逡逑＼邋／逡逑＼邋／邋．逡逑ｊＶ邋＾２／３逡逑圖１－２邋ｗ，ｄ和：ｙ夸克的權(quán)圖。逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｈｅ邋ｗｅｉｇｈｔ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆｕ，ｄ邋ａｎｄ５＊ｑｕａｒｋｓ．逡逑接下來，我們討論下強子的分類。對于介子的框架內(nèi)，逡逑＾邋＝邋３？３邋＝邋１？８，邐（１－２４）逡逑形成味單態(tài)和八重態(tài)。正反夸克的自旋分別為１／２，宇稱相反，在夸克之間沒逡逑有相對運動情況下，對應(yīng)著有贗標介子（＾ｚｆＴ）單態(tài)和八重態(tài)、矢量介子逡逑（ｊｐ邋＝邋ｒ）單態(tài)和八重態(tài)。根據(jù)實驗結(jié)果和夸克的量子數(shù)

列出了夸克《，ｄ，，ｓ的各個量子數(shù)。逡逑以超荷Ｆ為縱軸，同位旋第三分量／３為橫軸，我們可以畫出夸克ｗ，Ｊ，ｓ逡逑的權(quán)圖１－２。逡逑Ｙ逡逑７邐１／３逡逑ｄ＼邐ｒ邐７！，逡逑．＼邋／邋一逡逑＼邋／逡逑＼邋／邋．逡逑ｊＶ邋＾２／３逡逑圖１－２邋ｗ，ｄ和：ｙ夸克的權(quán)圖。逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｈｅ邋ｗｅｉｇｈｔ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆｕ，ｄ邋ａｎｄ５＊ｑｕａｒｋｓ．逡逑接下來，我們討論下強子的分類。對于介子的框架內(nèi)，逡逑＾邋＝邋３？３邋＝邋１？８，邐（１－２４）逡逑形成味單態(tài)和八重態(tài)。正反夸克的自旋分別為１／２，宇稱相反，在夸克之間沒逡逑有相對運動情況下，對應(yīng)著有贗標介子（＾ｚｆＴ）單態(tài)和八重態(tài)、矢量介子逡逑（ｊｐ邋＝邋ｒ）單態(tài)和八重態(tài)。根據(jù)實驗結(jié)果和夸克的量子數(shù)
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O572.33

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本文編號：2700859