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组份夸克模型与含c（？）成分的重子激发态研究

作　者: 黄芳
导　师: 平加伦
学　校: 南京师范大学
专　业: 理论物理
关键词: 重子激发态 组份夸克模型 束缚态 重味夸克cc D介子交换
分类号: O572.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


强子结构及强子间相互作用是粒子物理和核物理领域极富吸引力的研究课题,而探究重子共振态的结构和动力学本质问题一直是强子物理中的重要方向之一。一直以来,该方面的理论研究主要集中于轻夸克系统。最近几年,随着实验的不断发展,含重味夸克的系统也逐渐受到关注[1]。有代表性的如2003年,BaBar研究组在实验上发现的奇特态DSJ(2317),DSJ(2460),曾经被认为是一个DK或D*K分子态,四夸克态,或者是混合态。还有日本KEK的Belle组在B介子衰变中发现了X(3872),近几年又相继发现了粒子Y(4260),Z(4430)等[2],这些粒子的共同特点就是它们的衰变末态中都含有c和c夸克。人们尝试对这些新型粒子做过很多不同的解释,如认为它们是粲夸克偶素,胶球态,分子态,四夸克态,混合态等等。以上实验事实都希望能够从强相互作用的基本理论——量子色动力学(QCD)出发给予合理的解释。而重子正是较简单的体系,系统地研究各类重子激发态谱将为我们了解禁闭区QCD本质提供极为重要的线索。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和复杂性,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。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便是组分夸克模型,其中最典型的代表则是手征夸克模型(ChQM)。通过调节参数,模型能成功地描述强子性质及强子相互作用,在描述强子相互作用时,通过引进σ介子,可以很好地描述实验数据。但这样的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介子的S波共振的σ介子,在核子-核子相互作用中却提供不了足够强度的吸引。核力的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((?)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)。它在保留原来模型对强子性质成功描述的基础上,通过引入夸克蜕定域来扩大模型空间,允许多夸克系统通过自身的动力学效应来选择一个合理的结构,并且考虑到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,从而得到了核力的中程吸引。模型的主要特点是不仅能成功地解释了核子-核子以及核子-超核相互作用,能够很好地描述氘核性质,而且由于夸克蜕定域类似于共价键分子中电子的公有化,QDCSM很自然地解释了核力与分子力的相似性。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。这些模型均在轻夸克体系研究中取得了很大的成功,此次我们将这两个夸克模型进一步推广来研究含重味夸克的强子系统,并在与实验的对比中发展和改进夸克模型。经典的夸克模型认为,重子由三个夸克组成,并且成功得解释了由u,d,s三味夸克组成的处于空间轨道基态,符合味道SU(3)对称性的自旋为1/2的八重态重子和自旋为3/2的十重态重子。然而在解释重子激发态如N(1440),N*(1535),N*(1650),N*(1700),A(1405)等等这些粒子的时候,经典的夸克模型遇到了困难,这些态是三夸克的激发态还是具有五夸克结构或者是重子-介子相互作用动力学产生态,或是它们的混合态,至今也没有一个明确的答案。解释这些重子共振态的本质结构问题存在困难是因为各种状态都处于一个相近的能区范围内,而且各种模型都有相应的一套可调的参数使得理论计算结果尽量接近实验值。为了避开这个相近的能区,我们选择隐含重夸克的重子体系,如Ncc*,∧cc*等,其质量都在4GeV以上,如果存在这样的共振态,将有可能在未来的：PANDA/FAIR实验中被找到,一旦他们的存在被证实,那么无疑这些高能量的共振态肯定不能用传统的三夸克结构模型来解释,因为三个轻夸克组成的态激发能量不可能这么高,即使能激发到到这么高,那么能级也是连续谱,在实验上不可能观测到。比如常见的核子激发态和核子基态之间的能量差距只在数百MeV左右。那么既要符合核子的量子数,又要能达到这个高的激发能量,只可能是含了cc成分的重子激发态。本篇论文中,我们主要在两种不同的模型：手征夸克模型(ChQM)和夸克蜕定域色屏蔽模型(QDCSM)下,对含cc成分的重子激发态进行了系统搜索,第一方面通过系统计算寻找一些可能的束缚态并从中发现一些有规律的性质,为相关的实验提供更多的信息；第二方面通过不同模型的比较,更好得检验了两种模型在中程吸引机制上的等价性。第三方面将检验两个在SU(3)对称性下取得成功的模型进一步推广到含有重味夸克的体系时的适用性。本论文的核心工作是利用重重子∑c,∧c,(?)c,Ωc和重介子D,D*,Ds,Ds*,ηc,J/ψ的实验数据重新系统地拟合与c夸克相关的模型参数,并在夸克模型下在哈密顿量中加入了D,Ds,ηc介子交换势,将SU(3)对称性扩展到SU(4)对称性,利用所拟合的新的模型参数在手征夸克模型(ChQM)与夸克蜕定域色屏蔽模型(QDCSM)下分别对各个态进行了计算,包括绝热近似和动力学计算。结果我们发现了以下五个可能的束缚态：分别是态SIJ=-2,1/2,1/2,SIJ=-2,1/2,3/2,SIJ=-3,0,1/2,SIJ=-3,0,3/2和SIJ=-3,0,5/2。结合能相对轻夸克系统比较小,最大的结合能也只有10Mev左右,原因与提供中程吸引的机制有关。而具体地来说,我们也得出结论：∑c-D能构成一个束缚态,而∧c-D是排斥的,这与张宗烨等人得出的结果是一致的,不过我们做了更为广泛的系统搜索,得出了更多可能的束缚态。

全文目录


摘要  3-6
Abstract  6-10
插图目录  10-11
表格目录  11-12
第一章 引言  12-14
  1.1 重子激发态研究现状  12-13
  1.2 论文的目的、意义和主要内容  13-14
第二章 组份夸克模型  14-21
  2.1 Glashow-Isgur模型  14-16
  2.2 手征夸克模型  16-18
  2.3 夸克蜕定域色屏蔽模型  18-21
第三章 夸克模型的动力学性质  21-27
  3.1 共振群方法(RGM)  21-24
  3.2 生成坐标方法(GCM)  24-25
  3.3 群理论方法(物理基的构造)  25-27
第四章 对含cc成分的重子激发态束缚态的系统研究  27-52
  4.1 模型参数  27-29
  4.2 QDCSM中的色屏蔽因子的确定  29-30
  4.3 重子激发态各道阈值的确定  30-32
  4.4 两种夸克模型中关于系统搜索重子激发态(含cc成分)的计算结果  32-49
  4.5 小结  49-52
第五章 总结与展望  52-54
  5.1 论文结论及创新之处  52
  5.2 进一步工作的展望  52-54
附录A 轨道部分的两体矩阵元计算  54-57
附录B 重子-介子L分波相对运动波函数  57-58
参考文献  58-65
致谢  65

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 原子核物理学、高能物理学 > 高能物理学 > 粒子类型 > 介子
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