隐粲五夸克态的组分夸克模型研究

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对多夸克态的理论研究从夸克模型诞生之初就开始了。要分析多夸克系统的内部结构及其动力学性质,强子谱的计算必不可少。量子色动力学(QCD)具有渐近自由、色禁闭以及手征对称性自发破缺三个基本特征。渐近自由使得高能区问题可以通过微扰处理,但在低能区使用微扰法会面临许多无法解决的难题,因而只能建立QCD求和规则、格点QCD以及组分夸克模型等非微扰近似处理方法。组分夸克模型对于传统强子的物理性质解释得比较成功,自然而然的人们考虑到将其推广到多夸克系统。随着实验精度的提高,近年来陆续发现了许多新重子态,比如CERN实验室的LHCb合作组在2015年发现的两个双粲重子态:Pc(4380)和Pc(4450),之后又发现了Pc(4312),并将Pc(4450)确定为两个窄共振态Pc(4440)和Pc(4457)的叠加,以及2020年发现Pc,s(4459)等。用传统的夸克模型去描述这些重子态极为困难,因此认为其内部可能含有五个夸克的成分。有研究者猜测这些粒子可能是由一个含粲重子与一个含粲介子组成的分子态结构。角动量(J)宇称(P)量子数JP对于了解粒子的性质非常重要,LHCb实验室之前就初步猜测Pc(4380)和Pc(4450)对应的JP可能为3/2-和5/2-,但又在后来的实验中发现量子数的确定还需更进一步的研究。实际上,早在实验证实之前人们就利用QCD指导下的各种模型对这些粒子进行过预测分析,实验上的新发现再一次引发热议。目前分子态、紧致五夸克态、分子态和紧致五夸克态的混合等说法不一,五夸克系统的内部结构以及对应的角动量宇称量子数也存在许多的争议。本文在组分夸克模型下将系统的波函数在雅可比坐标下利用谐振子基进行展开,不同的雅可比坐标系之间通过五体系数进行转换,短程区域采用单胶子交换势,长程区域引入矢量、标量的混合禁闭势来求得任意夸克间的相互作用,通过变分法求解薛定谔方程,得到五夸克系统的质量。在[qqq][cc](q(28)u,d,s)结构中五夸克系统可以有两种颜色结构:由两个色单态子夸克团组成以及两个色八重态的子夸克团组成。在我们的计算中同时考虑两种颜色组态进行混合计算,最终可以根据所得质量中颜色组态的占比来确定系统可能对应的内部结构。本文在不同味道结构下对JP=1/2-,3/2-,5/2-量子态的质量进行了计算,结果表明Pc(4312)可能为IJP=1/2,1/2-的分子态结构;Pc(4440)、Pc(4457)都可能为色八重态[nnn](n=u,d)夸克团与色八重态的夸克团构成的[[nnn]8c(?)[c(?)]8c]1c(n=u,d)紧致五夸克态的结构,Pc(4440)对应IJP=1/2,1/2-,Pc(4457)对应同位旋I=1/2,角动量宇称量子数JP为1/2-或者3/2-;Pc,s(4459)可能是含有一个奇异夸克的[[nns]8c(?)[c(?)]8c]1c(n=u,d)紧致五夸克态结构,对应量子数为IJP=0,1/2-。另外,在相同的理论模型下,本文还对nssc(?)、sssc(?)系统进行了分析。论文主要分为以下几个部分:第一部分为引言,对粒子物理的基本知识以及五夸克的相关研究做简要介绍;第二部分是对理论模型的介绍,包括夸克势模型讨论以及势的相对论修正;第三部分是对本文采用的计算方法概述:将五体系统波函数用谐振子基展开、五夸克系统的波函数构造以及矩阵元的计算方法和对模型参数的拟合方法介绍;第四部分是对所得计算结果的讨论分析。
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