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组份夸克模型与奇异双重子态研究

陈美  
【摘要】:自从1977年R. Jaffe首次预言双重子态:H粒子,理论和实验上都在尽最大的努力去寻找双重子态。然而,到目前为止,还没有任何一个双重子态得到实验确认。最近,CELSIUS-WASA实验组最新报道称,在pn→dπ0π0的过程中发现明显的JP=1+ or 3+的ΔΔ共振,其共振能量约为2.36GeV,宽度约为80MeV。此报道再一次激起人们探究双重子态的热情。另外,近期在实验方面BABAR, Belle, BES, CLEO, DO, CDF等实验组发现了众多新强子态,这些态很难用qq介子和q3重子来解释。分子态或多夸克态是一种可能的解释。而且COSY, JLab, BEPCII, SPRING-8, COMPAS及其他一些实验装置上的实验正在致力于寻找奇异强子。特别是J-PARC上奇异强子束流的工作,将会提供更多超子-核子散射的实验数据,也为寻找奇异双重子提供了机会。 理论方面,虽然量子色动力学(QCD)被公认为是处理强相互作用的基础理论,但由于其具有非微扰性,无法直接用于属于中低能领域的强子相互作用和多夸克态的研究。最近格点QCD在强子谱方而取得了许多成功,在核子-核子相互作用,四夸克态、五夸克态等多夸克系统上也有了一定的进展,但离提供一个令人满意的结果还有相当的差距。其它非微扰方法也存在类似的问题。具有QCD精神的各种夸克模型是此领域现在,包括将来一段时期内的主要研究工具。最方便且应用最广的夸克模型是组分夸克模型,其中最典型的代表则是手征夸克模型。 在手征夸克模型中,核力的中程吸引是通过夸克间交换σ介子得到的。而这样的σ介子是否存在一直存有争论。虽然最近实验上确定了作为双π介子的S波共振的σ介子的存在,但理论计算表明,具有这样关联的双π介子在核子-核子相互作用中却提供不了足够强度的吸引。中程吸引是否存在其它的机制,仍是一个值得讨论的问题。 20世纪90年代初,由王凡教授等人,在传统的组分夸克模型(即Glashow-Isgur模型)基础上发展了一个新的模型:夸克蜕定域色屏蔽模型(QDCSM)。它是通过引入夸克蜕定域来扩大模型空间并且考虑重子内部以及重子之间夸克的颜色禁闭势的不同,改进了夸克模型的哈密顿量。QDCSM成功地解释了核子-核子以及核子-超核相互作用,能够很好地描述氘核性质。由于夸克蜕定域类似于分子中电子的公有化,QDCSM很自然地解释了核力与分子的相似性。进一步的研究也表明该模型中的中程吸引机制:夸克蜕定域+色屏蔽效应能够很好地代替手征夸克模型中的σ介子交换。 由于普通强子的颜色结构的唯一性,使我们构造模型变得容易且有效,但也限制了我们从中了解更多QCD颜色的信息。为了得到更多关于颜色结构的信息,必须研究多夸克系统。对于非奇异的双重子已有很多研究,本论文致力于带奇异数的六夸克系统的研究。首先通过对所有可能的带奇异数的双重子态进行系统的搜索,找出可能的双重子态。为了给相关的实验提供更多的信息,利于实验上寻找双重子态,我们还进行了重子-重子散射问题的计算,因为双重子态若存在,它必然在相应的重子-重子散射中以共振的形式出现。我们组采用共振群方法(RGM),对核子-核子(NN)散射进行了计算,当包含NΔ以及ΔΔ道耦合时,在NN 3S1,3D3和1D2相移中发现了共振,可以用来解释CELSIUS-WASA合作组的实验结果。在此我们将RGM应用于奇异重子的散射。由于奇异重子的质量不是所构成它的三个夸克的质量和,RGM中中两个重子的理论约化质量与双重子系统的实际的实验约化质量是不同的。为了与实验比较,必须对RGM方程进行修正。因此,在本论文中我们采用了一种有效的办法,在不违背泡利不相容原理的提前下,对RGM方程进行合理的修正。论文的主要工作分为以下两个部分。 1.在手征夸克模型(ChQM)及夸克蜕定域色屏蔽模型(QDCSM)框架下,系统研究所有由基态重子构成的S=-1到S=-6奇异六夸克系统,寻找可能的束缚态。通过两个模型关于奇异双重子束缚态的探究结果,我们发现两个模型给出相同的双重子态候选者,再一次说明了两个模型中程吸引机制的等价性,它们差别仅在于结合能大小不同;另一方面,确定了一些可能的奇异双重子态。 2.采用RGM进行重子-重子散射的计算,通过散射相移的突变来寻找共振态。研究结果表明,第一步工作中得到的束缚态都会在相应的重子-重子散射中以共振的形式出现,共振能量都比束缚态计算得到的能量偏低一些。并且在我们的研究中发现一种有趣的现象:对于一个确定的束缚态与不同散射道耦合时候,散射相移中共振出现的位置基本相同。如果多个束缚态与散射道耦合,一般只有能量最低的态以共振的形式出现。除非各个束缚态道间的耦合强度很弱,会出现多个共振峰的现象。研究结果表明没有发现八重态-八重态重子构成的束缚态,但有一些八重态-十重态重子以及十重态-十重态重子构成的奇异双重子共振态存在。这些态分布于2400MeV-2800Mev的能区范围。宽度一般只有几个MeV,但是考虑十重态重子自身宽度之后,总的宽度将会增加到几十MeV。由于这些共振态出现在核子-超核以及超子-超子的D波散射相移中,因此建议实验上利用奇异粒子束进行实验搜索,检验理论预言。具体结果如下:(1)可以通过NΛ,N∑散射,在2440-2.540MeV能区范围寻找SIJ=-1,1/2,3的共振态Δ∑*(共振宽度为48-118MeV)。(2)可以通过NΞ散射,在2400-2430MeV能区范围寻找SIJ=-2,0,2的共振态NΞ*-∑∑*-∑*∑*(共振宽度为10-11MeV)和在2620-2660MeV能区范围寻找SIJ=-2,1,3的共振态ΔΞ*-∑*∑*(共振宽度为50-90MeV)。(3)可以通过重构ΛΞ的顶点并在其不变质量谱上,在2528-2547MeV能区范围寻找SIJ=-3,1/2, 2的共振态NΩ-∑Ξ*-Ξ∑*-ΛΞ*-∑*Ξ*(宽度只有2-4MeV)。(4)可以通过重构∑Ξ的的顶点并在其不变质量谱上,在2788-2795MeV能区范围寻找SIJ=-3,3/2,3的共振态∑*Ξ*-ΔΩ(宽度50-60MeV)。


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