【摘要】：自2003年Belle實(shí)驗(yàn)組在B介子衰變到J/ψπ+π-不變質(zhì)量譜中觀測(cè)到X(3872)粒子以來(lái),世界各大實(shí)驗(yàn)組陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多這樣的類(lèi)粲介子。由于它們的質(zhì)量、衰變寬度等性質(zhì)與夸克模型所預(yù)言的粲偶素高激發(fā)態(tài)不一致,對(duì)現(xiàn)有的理論和夸克模型提出了挑戰(zhàn),同時(shí)也為粒子物理工作者們更深層次地探究強(qiáng)相互作用提供了理想的研究平臺(tái)。由此,掀起了對(duì)奇特強(qiáng)子態(tài)的研究熱潮。目前,大家對(duì)現(xiàn)有的類(lèi)粲介子大概有五種解釋:緊致四夸克態(tài)、松散分子態(tài)、混雜態(tài)、強(qiáng)子粲偶素和運(yùn)動(dòng)學(xué)效應(yīng)。其中,緊致四夸克態(tài)和松散分子態(tài)的解釋最為流行。緊致四夸克態(tài)的解釋基于唯象雙夸克模型,認(rèn)為類(lèi)粲介子是雙夸克-反雙夸克四夸克態(tài),雙夸克與反雙夸克之間通過(guò)交換膠子緊密結(jié)合在一起。在松散分子態(tài)模型中,類(lèi)粲介子是由兩個(gè)粲介子形成的松散束縛態(tài),每一個(gè)組分介子內(nèi)部受很強(qiáng)的量子色動(dòng)力學(xué)(QCD)色荷力束縛,而介子之間則依靠一種弱得多的類(lèi)似于化學(xué)中的范德華力的QCD色中性剩余力來(lái)束縛。理論上,QCD是目前公認(rèn)的描述強(qiáng)相互作用的基本理論,但由于長(zhǎng)程夸克-膠子相互作用的復(fù)雜性,完全從QCD第一性原理出發(fā)解決低能強(qiáng)子問(wèn)題遇到了困難。1979年由Shifman、Vainshtein、Zakharov提出的QCD求和規(guī)則,是一種基于QCD的半唯象的非微擾理論,在描述強(qiáng)子譜、強(qiáng)子衰變等方面取得了很大的成功。它的基本思想為:強(qiáng)子用相同量子數(shù)的內(nèi)插流來(lái)描述,這些內(nèi)插流的關(guān)聯(lián)函數(shù),一方面,在q20區(qū)域用算符乘積展開(kāi)的方法處理,將其中的短程和長(zhǎng)程夸克-膠子相互作用分開(kāi),短程部分用QCD微擾理論計(jì)算,長(zhǎng)程部分被參數(shù)化為一組普適的真空凝聚值;另一方面,在q20區(qū)域,用可觀測(cè)的物理量表示的譜密度來(lái)表述;再根據(jù)夸克-強(qiáng)子對(duì)偶性,將兩個(gè)不同層次的關(guān)聯(lián)函數(shù)聯(lián)系起來(lái),從而抽取出要得到的強(qiáng)子信息。因此,在本文中,我們采用QCD求和規(guī)則的方法,將四夸克系統(tǒng)分別看作緊致四夸克態(tài)和松散分子態(tài),研究了標(biāo)量和贗標(biāo)隱粲四夸克態(tài)的質(zhì)量譜,對(duì)可能存在的四夸克態(tài),給予了理論預(yù)言;并對(duì)其它一些相關(guān)強(qiáng)子做了研究。在運(yùn)用QCD求和規(guī)則研究隱粲四夸克系統(tǒng)時(shí),我們不同于其他理論組,考慮了 QCD求和規(guī)則對(duì)能標(biāo)的依賴(lài)性,利用能標(biāo)公式協(xié)調(diào)地將QCD譜密度的能標(biāo)定下來(lái)。相應(yīng)地,我們也考慮了輸入?yún)?shù):夸克質(zhì)量和真空凝聚值隨能標(biāo)的演化,采用了不同于以往的參數(shù)選取方案,將這些輸入?yún)?shù)演化到這個(gè)特定的能標(biāo)。這樣,隱粲四夸克系統(tǒng)的QCD求和規(guī)則可以同時(shí)滿足極點(diǎn)為主和算符乘積展開(kāi)收斂,使得我們的計(jì)算結(jié)果更加的可靠。本文,我們的具體工作如下:1.我們基于雙夸克亞結(jié)構(gòu),構(gòu)造了C(?)C型和Cγμγ5(?)γ5γμC型雙夸克-反雙夸克四夸克態(tài)(cucd/cucs)內(nèi)插流,利用QCD求和規(guī)則,完成了對(duì)相應(yīng)的帶電的標(biāo)量隱粲四夸克態(tài)的研究。結(jié)果顯示,贗標(biāo)-贗標(biāo)型和矢量-矢量型隱粲四夸克態(tài)質(zhì)量的預(yù)言值分別為(5.43-5.45)GeV和(4.64-4.67)GeV。除此之外,我們還討論了這兩類(lèi)四夸克態(tài)可能的強(qiáng)子衰變模式,給出了它們的主要衰變道。結(jié)果,我們發(fā)現(xiàn)這兩類(lèi)四夸克態(tài)有著相同的主要衰變道,而矢量-矢量型四夸克態(tài)的質(zhì)量較小,其寬度更窄,在實(shí)驗(yàn)上更易被發(fā)現(xiàn)。2.我們利用標(biāo)量、贗標(biāo)和軸矢雙夸克結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的反雙夸克結(jié)構(gòu),構(gòu)造了矢量和軸矢四夸克態(tài)(cucd)內(nèi)插流。由于這些流都是非守恒流,分別與矢量和軸矢粒子耦合的同時(shí),還能分別與標(biāo)量和贗標(biāo)粒子進(jìn)行耦合。借此,我們通過(guò)QCD求和規(guī)則研究了量子數(shù)JPC分別為0+±和0-±的隱粲四夸克態(tài)的質(zhì)量。結(jié)果顯示,互為電荷共軛的贗標(biāo)隱粲四夸克態(tài)的質(zhì)量是簡(jiǎn)并的,而電荷共軛宇稱(chēng)不同的標(biāo)量隱粲四夸克態(tài)之間的質(zhì)量差有610MeV之大;標(biāo)量隱粲四夸克態(tài)的質(zhì)量大于贗標(biāo)隱粲四夸克態(tài)質(zhì)量。此外,我們還簡(jiǎn)要地討論了這些隱粲四夸克態(tài)可能的強(qiáng)衰變模式,為將來(lái)實(shí)驗(yàn)上尋找這些四夸克態(tài)提供一些幫助。3.在D(?)s0*(2317)和D*Ds1*(2460)系統(tǒng)中,D和D*介子有著負(fù)宇稱(chēng),而Ds0*(2317)和Ds1*(2460)介子的宇稱(chēng)是正的。這樣,通過(guò)勢(shì)模型分析,在S波中,交換K介子,存在一種類(lèi)似于庫(kù)侖力的力,能夠?qū)(?)s0*(2317)和D*Dsl*(2460)系統(tǒng)分別束縛在一起。另一方面,介子D(D*)和Ds0*(2317)(DsI*(2460))的質(zhì)量差很接近K尤介子質(zhì)量,這就意味著,交換的K尤介子接近質(zhì)殼,相互作用的范圍將非常大。由此,我們假定存在D(?)s*0(2317)和D*Ds1*(2460)贗標(biāo)分子態(tài),構(gòu)造相應(yīng)的色單態(tài)-色單態(tài)的分子態(tài)內(nèi)插流,運(yùn)用QCD求和規(guī)則研究它們的質(zhì)量。但我們所得到的質(zhì)量值分別位于D(?)s0*(2317)、D(?)s0*(2317)的閾值之上,表明D(?)s*0(2317)和D(?)s0*(2317)都難以形成束縛的分子態(tài)。接著,我們經(jīng)過(guò)一系列分析,推測(cè)所構(gòu)造的色單態(tài)-色單態(tài)內(nèi)插流描述的態(tài)很可能是共振態(tài),即為散射態(tài)、分子態(tài)和類(lèi)分子態(tài)的疊加態(tài)。4.我們對(duì)分子態(tài)做了進(jìn)一步的研究,構(gòu)造色單態(tài)-色單態(tài)-色單態(tài)分子態(tài)內(nèi)插流,計(jì)算了六夸克分子態(tài)D(?)*K的質(zhì)量。結(jié)果,所預(yù)測(cè)的質(zhì)量高于D(?)*K的閾值,預(yù)示著D(?)*K難以形成束縛的分子態(tài),而色單態(tài)-色單態(tài)-色單態(tài)分子態(tài)內(nèi)插流所描述的態(tài)很可能是一個(gè)共振態(tài)。本文研究的標(biāo)量和贗標(biāo)隱粲四夸克態(tài)目前沒(méi)有實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng),所以我們以X(4140)為例,研究了它的質(zhì)量和衰變,結(jié)果所得的質(zhì)量和衰變都與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合得很好;同時(shí),我們還根據(jù)最新實(shí)驗(yàn)結(jié)果,預(yù)言了矢量和軸矢四重四夸克態(tài)的質(zhì)量,并發(fā)現(xiàn)矢量四重四夸克態(tài)的一個(gè)典型特性:矢量四夸克態(tài)位于0++、1+-和2++四夸克態(tài)的質(zhì)心質(zhì)量以上40MeV處。此外,我們還利用QCD求和規(guī)則研究了傳統(tǒng)的張量重介子的質(zhì)量和衰變常數(shù),再現(xiàn)了它們的實(shí)驗(yàn)值。
【圖文】：

列出了夸克《，ｄ，ｓ的各個(gè)量子數(shù)。逡逑以超荷Ｆ為縱軸，同位旋第三分量／３為橫軸，我們可以畫(huà)出夸克ｗ，Ｊ，ｓ逡逑的權(quán)圖１－２。逡逑Ｙ逡逑７邐１／３逡逑ｄ＼邐ｒ邐７！，逡逑．＼邋／邋一逡逑＼邋／逡逑＼邋／邋．逡逑ｊＶ邋＾２／３逡逑圖１－２邋ｗ，ｄ和：ｙ夸克的權(quán)圖。逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｈｅ邋ｗｅｉｇｈｔ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆｕ，ｄ邋ａｎｄ５＊ｑｕａｒｋｓ．逡逑接下來(lái)，我們討論下強(qiáng)子的分類(lèi)。對(duì)于介子的框架內(nèi)，逡逑＾邋＝邋３？３邋＝邋１？８，邐（１－２４）逡逑形成味單態(tài)和八重態(tài)。正反夸克的自旋分別為１／２，宇稱(chēng)相反，在夸克之間沒(méi)逡逑有相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況下，對(duì)應(yīng)著有贗標(biāo)介子（＾ｚｆＴ）單態(tài)和八重態(tài)、矢量介子逡逑（ｊｐ邋＝邋ｒ）單態(tài)和八重態(tài)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和夸克的量子數(shù)

列出了夸克《，ｄ，，ｓ的各個(gè)量子數(shù)。逡逑以超荷Ｆ為縱軸，同位旋第三分量／３為橫軸，我們可以畫(huà)出夸克ｗ，Ｊ，ｓ逡逑的權(quán)圖１－２。逡逑Ｙ逡逑７邐１／３逡逑ｄ＼邐ｒ邐７！，逡逑．＼邋／邋一逡逑＼邋／逡逑＼邋／邋．逡逑ｊＶ邋＾２／３逡逑圖１－２邋ｗ，ｄ和：ｙ夸克的權(quán)圖。逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｈｅ邋ｗｅｉｇｈｔ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆｕ，ｄ邋ａｎｄ５＊ｑｕａｒｋｓ．逡逑接下來(lái)，我們討論下強(qiáng)子的分類(lèi)。對(duì)于介子的框架內(nèi)，逡逑＾邋＝邋３？３邋＝邋１？８，邐（１－２４）逡逑形成味單態(tài)和八重態(tài)。正反夸克的自旋分別為１／２，宇稱(chēng)相反，在夸克之間沒(méi)逡逑有相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況下，對(duì)應(yīng)著有贗標(biāo)介子（＾ｚｆＴ）單態(tài)和八重態(tài)、矢量介子逡逑（ｊｐ邋＝邋ｒ）單態(tài)和八重態(tài)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和夸克的量子數(shù)
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：O572.33

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本文編號(hào)：2700859