重子共振态的非淬火夸克模型研究

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量子色动力学(QCD)是描述强相互作用的基本理论。在高能区,由于其渐进自由的特性,较小的跑动耦合常数支持微扰展开的方法计算,QCD成功地解释了很多问题;而在低能区,微扰理论失去了效用,物理学家们只能抓住QCD在低能区的特征,发展了一系列唯象的模型方法进行非微扰近似计算。考虑到低能区QCD手征对称性自发破缺的效应,流夸克获得组分质量,彼此之间通过交换胶子或者介子发生相互作用,组分夸克模型被建立起来,并广泛用于强子谱和强子-强子相互作用的计算中,成功地解释了大量的实验现象,一直是强子物理研究中的有力工具。  重子的三夸克模型早在上世纪60年代就被提出,曾完美地描述了当时所发现的基态重子八重态和十重态。与此同时,由于QCD理论并不排除重子以多夸克态的形式存在,关于五夸克态重子的理论预测和实验寻找也一直没有停滞。曾被寄予厚望的五夸克态候选者(☉)(1540)被否定之后,新的实验中发现的质子中的奇异-反奇异夸克对涨落又成为研究的热点,同时随着高能对撞实验的数据增多,越来越多奇特的新强子态也在不断涌现。这些难以用经典夸克模型解释的现象延续了多夸克态重子和重子中的多夸克成分的热点地位。  鉴于以上,我们有必要对传统的三夸克重子模型进行修正,构造包含五夸克成分的非淬火夸克模型来描述重子的性质。在前人工作的基础上,我们做了一些重新尝试和改进的研究。针对低能级核子共振态中最低负宇称态N(1535)和最低正宇称态N(1440)的能级次序谜题,我们在组分夸克模型下,考虑可能混入它们的五夸克成分。具体来说,我们应用简单的谐振子模型来描述五夸克系统,把五夸克看作质量相等的轻夸克(u,d)简化能级计算,再针对可能含有较重的奇异夸克(s)的组态补足夸克的质量差异;在夸克间的超精细相互作用方面,我们应用了源于单胶子交换势的色旋相互作用来描述;最后通过与经验重子共振态质量谱比对调节模型参数,根据量子数匹配和质量接近的原则,挑选出可能混入对应低能级核子与△子共振态的五夸克成分。研究的结果表明,夸克间的色旋超精细相互作用能够显著拉低最低的L=1,也就是最低正宇称五夸克系统的能量,使其低于最低的L=0,也就是最低负宇称五夸克系统的能量。考虑到这些五夸克成分的混合,三夸克重子模型中难以理解的核子共振态能级次序谜团得到了较好的解释。另一方面,为了扩展到对轻重子高激发态的研究,考察五夸克成分对其的贡献,我们也已构造了满足S4置换群和SO(3)空间旋转群对称性的全同四夸克系统的空间波函数,从此容易得到轻五夸克系统空间波函数,为进一步研究轻重子高激发态中五夸克成分的影响奠定了基础。  
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