介子交换对奇特四夸克态束缚能影响的研究

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奇特强子态依然是近年来不变的热点研究对象。BABAR,Belle,BES,LHCb等各大粒子物理实验合作组陆续发现的多种(3(4(5奇特强子态,特别是带电的类粲偶素和类底夸克偶素的态:(5c(3885)、(5c(4050)、(5c(3900)以及由D0实验组发现的强子态(3(5568)等,无法用夸克-反夸克结构来解释。至今尚未对含重夸克奇特态的内部结构给出统一解释,这一现状吸引着科研学者的对它们不断展开研究和讨论。量子色动力学(QCD)是描述强相互作用的基本理论,但是由于强相互作用的复杂性,使用量子色动力学(QCD)处理低能强子物理问题时存在困难。格点QCD的发展对于解决非微扰问题取得了很大的进展,但是它对强子-强子相互作用和多夸克系统时的描述结果并不令人满意。基于唯象夸克模型的组分夸克模型包含了QCD主要性质,同时在解释介子、重子以及强子-强子相互作用等方面都取得了很大的成功,在多年的实验以及理论研究中彰显了自身的优势。在研究类粲偶素奇特态时,Frank Close在强子层面提出一个观点:由,*,0*,1介子及其相应反介子组成的奇特四夸克态的体系能量中,介子交换势起了关键作用,提供了约100 Me V的束缚能量使得体系束缚。从强子层面研究这样的体系是否束缚存在一些问题,需要从相关的实验数据中抽取介子和介子之间的耦合常数,但是两个之间的实验数据比较缺乏,所以这种方法存在一定的任意性。因此本课题基于组分夸克模型,采用多高斯展开方法在夸克层面对介子及其反粒子构成的四夸克奇特态进行研究,探讨介子交换势对体系能量的影响。本课题首先基于手征夸克模型,运用多高斯展开法(GEM)计算了介子谱,通过拟合实验数据得到模型参数。我们发现理论计算得到的介子谱与实验测量值符合得很好,说明了手征组分夸克模型对介子描述的有效性,也为接下来的四夸克系统研究奠定了基础。然后我们对于给定的四夸克态,即确定的量子数PC,运用群表示理论方法,构造四夸克系统的颜色、自旋、同位旋波函数,再与空间波函数相耦合,得到体系的总波函数。由于牵涉到介子,在计算空间矩阵元时,引入了无穷小平移技术(ISG)推导出矩阵元解析通式。对于四夸克体系,本课题考虑了介子-介子、双夸克-反双夸克两种结构以及两种结构的混合,扩大了模型空间,让体系通过自己的动力学选择合适的结构。我们可以通过计算夸克间距离来确定体系的结构。具体研究步骤是首先采用绝热近似来计算体系的等效势,对体系是否可能形成束缚态或共振态作一个定性的了解,然后进行动力学计算来确定寻找束缚态或共振态。为了研究介子交换对体系能量的影响,我们计算了哈密顿量中的各部分对体系能量的贡献值。在本工作中,我们主要研究ˉ*0*,*ˉ**ˉ1体系。对于介子-介子结构,我们发现色单态的两个子集团间的相互作用不足以将两个介子束缚住形成分子,而隐色道可以形成共振态,在与开道耦合后,这些共振态是否仍然存在需要进行散射计算。我们的计算结果表明,在介子-介子结构下,ˉ*0*,*ˉ**ˉ1体系均不存在束缚态;对于双夸克-反双夸克结构,体系的能量普遍高于介子-介子结构下具有相同量子数的体系的能量,所以不存在束缚态,但可以形成共振态。颜色结构混合仍然无法形成束缚态。我们的研究结果表明夸克层面上介子交换势,在大部分情况下对体系能量存在一定的吸引贡献,但是贡献不足以将介子及其反粒子约束起来形成束缚态。如果实验上能够确定介子及其反粒子形成的四夸克态存在,人们需要寻找新的吸引机制。组分夸克模型能够很好地描述低能强子谱,要解释实验上发现的一些奇特态,需要引入多夸克态,甚至介子-四夸克混合态、夸克-胶子混杂态等更加复杂的结构。随着研究的深入和实验数据的积累,夸克模型会得到进一步的发展,希望能够对低能强子谱和现在的奇特强子态给出统一的描述。
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