介子D_s(2317)和D_s(2460)的夸克模型研究

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2003年,粲偶素态X(3872)被高能物理实验合作组Belle发现,并由其他多个实验组证实,这是实验上测得的第一个奇特态,在强子领域中引起了巨大轰动。此后,粒子物理学的各大理论工作者们纷纷将目光转移到了奇特强子态的研究上,近十几年来,随着实验技术的不断提高,各大粒子物理实验组陆续发现了许多奇特的强子态,即XYZ粒子,比如:2005年,BaBar实验组发现的Y(4260),2013年BESIII与Belle实验组报道的粲偶素态Zc(3900),2016年D0实验组发现的X(5568)等。针对这些奇特强子态,人们尝试采用各种方法和模型对其展开研究,其中发挥着重要作用的理论方法之一是量子色动力学(QCD)理论,它从第一性原理出发,描述了自然界的强相互作用现象,在高能区域,能够通过微扰论的方法解决基本的强子性质问题,但QCD在中低能区并不适用,由于具有非微扰特性,因此难以直接用于研究强子物理现象。格点QCD、Dyson-Schwinger方程、等效场论和QCD求和规则等方法在处理基态强子问题时取得了不错的结果,但由于计算的复杂性和其方法本身的特点,在对多夸克态同时进行束缚态和散射态研究方面仍然存在问题。唯象夸克模型一直以来是研究低能强子问题的一个重要的非微扰方法,在描述强子谱、强子-强子相互作用,核子-核子散射等领域都获得了非同寻常的成就,甚至可以借助夸克模型预言新强子态。在此基础上,本文利用唯象的组分夸克模型,将体系从两夸克扩展到四夸克系统,试图解释一些实验上发现的奇特态。在传统的夸克模型中,存在着介子和重子两种强子,我们运用手征组分夸克模型,对介子谱的能量进行了拟合,得到的计算结果和实验值比较吻合,由此,我们得到了一组实验参数,这为接下来四夸克系统的研究奠定了基础。对于四夸克体系的波函数来说,它有四个自由度,分别是轨道,自旋,味道,颜色。其中,轨道部分的波函数我们采用多高斯的方法展开,其余三个部分的波函数运用群论知识构造得到。2003年,BarBar实验组和CLEO实验组在研究Ds+π0不变质量谱和分析Ds+π0道时,分别发现了Ds0*(2317)和Ds1(2460)态,这些态由于他们的窄宽度和低质量得到广泛关注,自被发现以来,对于这两个态的量子数、衰变宽度、衰变率等的研究一直在进行,除了这两个态以外,很多实验组也发现了很多类似的含有cs介子的类粲夸克偶素奇特态,但是至今为止,人们对于它们的内部结构还没有完全了解,没有达成一个统一的解释,目前主要存以下几种解释:DK分子态、传统的cs介子,cs介子-四夸克混合态、赝标量Ds介子的手征伴随态等。本文我们通过模型计算,研究了Ds0*(2317)和Ds1(2460)态的两种解释,即传统的cs介子和四夸克态。对于cs介子的p波激光态,我们计算了其质量,发现0+和1+态的质量接近实验上发现的Ds0*(2317)和Ds1(2460)态的能量,仅看质量,实验上发现的这两个Ds态可以解释为cs介子的p波激光态,但是其同位旋破缺衰变不支持这种解释。然后针对含有cs介子的四夸克态进行了研究,并尝试解释Ds0*(2317)和Ds1(2460)态的结构。我们在手征夸克模型的基础上研究了cs加两个轻介子的四夸克体系,我们分别对量子数为JP=0+,1+,2+进行研究,并且考虑了色单态和隐色道的耦合。结果表明当两个介子处于色单态时,介子间的相互作用还不够大,不能将其束缚形成分子态结构,对于隐色道来说,虽然可以形成共振态,但由于计算出来的能量太高,所以不能用它来解释Ds0*(2317)和Ds1(2460)这两个态。在本文的计算中,我们不仅考虑了介子结构,同时还考虑了diquark-antidiquark结构,但是得到的状态的最低能量仍然远大于2317 MeV和2460 MeV,由于Ds0*(2317)比DK态的阈值小40 MeV左右,而我们的计算表明DK系统不存在束缚态,因此,我们的结果更倾向这两个态是cs两夸克介子和四夸克态的混合态这个解释。另外我们还预言了几个可能的共振态,共振能量最低的是2839 MeV(IJP=10+),而IJP=00+的态的共振能量为2890.8 MeV。在过去长达数十年的物理模型研究中,组分夸克模型起到了不可忽视的作用,但是随着研究的深入和实验技术的不断进步,强子的各种高激发态不断被发现,而现有的模型理论在处理这些状态时碰到了困难。所以我们需要不断地改进和完善夸克模型,以便更好的解释一些实验上发现的新强子态,从而加深对强子物理的认识和理解。
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