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对核子-核子碰撞产生介子过程的研究有助于加深我们对重子共振态性质和本质的了解,从而对于我们认识QCD非微扰区的强相互作用具有重要意义.近年来,CELSIUS、COSY和HADES等实验组发布了大量核子-核子碰撞产生介子的实验数据,得到了许多有价值的结果。本文综述了其研究现状,并利用共振态模型研究了几个重要的反应道。
首先我们研究了核子-核子碰撞产生双π介子的过程。通过对六个同位旋反应道的分析,我们发现对于末态两个π介子处于总同位旋为零的反应道,在阈值附近N*(1440)和Δ*(1232)贡献最大,但是核子极点项也有较大贡献,从而建议在这些反应道提取N*(1440)的性质时考虑这些贡献的影响。在入射质子动能大于1.5GeV的区域,以及末态两个π介子处于总同位旋为一的反应道,Δ*(1600)和Δ*(1620)的贡献最大,使得这个能量区域有利于研究这些共振态的性质。我们的计算表明,π介子交换最重要,其他介子交换的贡献很小。我们深入讨论了各个能区的微分截面的特点,指出了模型的不足和下一步的研究方向。基于核子-核子碰撞过程确定的参数,我们将模型进一步拓展,研究了反核子-核子碰撞产生双π介子的过程。结果发现p→p(?)π-π-在实验上比pp→nπ+π+更容易重建并可以获得高精度的微分截面数据,在pn→(?)pnπ+π-反应道中研究N*(1440)也更干净,pp→ppπ+π-和(?)n→(?)pπ-π°等反应道也可以用来验证和澄清核子-核子碰撞中的一些结论和问题。鉴于反核子-核子碰撞对研究各种重子共振态具有独特的优势,我们建议在FAIR-PANDA上开展相关的强子研究。我们的结论也表明,在pn→dπ0π0、pd→3Heπ0π0和dd→4Heπ0π0中研究ABC效应时,除了A*(1232)共振态,也应该考虑N*(1440)和核子极点项的贡献。
其次我们研究了N*(1535)共振态在核子-核子碰撞产生奇异介子过程的作用。近年来,很多证据都表明N*(1535)共振态中可能存在较多的ss成分,可能在奇异介子的产生过程中扮演着重要角色。我们的计算表明,如果假设N*(1535)在η和φ介子的产生过程中起主要作用,可以合理的解释pN→pNη和pn→dφ的最新实验数据,支持了N*(1535)内部有相对较大的奇异成份的假设,并发现N*(1535)Nη和N*(1535)Nφ顶点的耦合常数较大,这可能是这些过程中0ZI规则有很大破坏的根源。
我们的研究结果对将来HIRFL-CSR和FAIR-PANDA上可能开展的强子实验研究具有参考价值和指导意义,并指出了一些值得深入研究的课题。我们的模型参数和预言的高能下的微分截面也可以在这些实验装置上得到检验。