五夸克强子态性质的研究

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长期以来,对于强子谱的研究一直是粒子物理领域最重要的主题之一。在最近几年随着高能物理实验的发展以及更多精准实验数据的累计,许多的新强子在实验上被发现了。其中一部分的强子被认为并非是传统组分夸克模型下的强子,即并非简单的介子为q(q)结构或重子为qqq结构,这些强子被认为很可能是奇异强子中的一部分。对这些奇异强子的研究在近些年逐渐成为了强子谱研究中最重要的课题之一。尤其是在2015年LHCb实验组观测到了两个隐粲类似五夸克态的结构,即P+c(4380)与P+c(4450),这一发现引起了众多的关注。这两个Pc态结构是在Λ0b→J/ψpK-衰变过程的J/ψp不变质量谱中被观测到的。事实上这类窄的隐粲五夸克态的存在及其质量在此次实验发现之前就已经被预言。而在实验发现后,许多不同的模型理论均被运用去解释或研究这两个Pc态,例如重子-介子分子态模型,紧致五夸克态模型,重粲素模型等,也有部分理论组讨论了它们是由二次散射诱导的动力学效应产生的可能性。其中一些模型是用来探究这两个Pc态的内部结构,而另一些模型则预言了其他可能存在的类五夸克态重子。在这些模型中,我们考虑的是将Pc(4380)以及Pc(4450)视为(D)Σ*c(2520)或者(D)*Σc(2455)强子分子态,因为它们的质量与这两个分子态的阈值非常地接近。  我们首先证明了对于隐粲五夸克态结构P+c(4380),当它作为一个(D)Σ*c(2520)或者(D)*Σc(2455)分子态时,它衰变到(D)*Λ+c以及J/ψp的两个末态宽度的相对比例结果是非常不同的。(D)Σ*c(2520)分子态衰变到(D)*Λ+c末态的分宽度要比到J/ψp末态的分宽度大了一个量级,而(D)*Σc(2455)分子态的结果则完全不同。我们的分析结果显示(D)Σ*c束缚态假设比起(D)*Σc束缚态假设能够更好地解释Pc(4380)态较宽的宽度。因此我们建议在(D)*Λ+c系统中去寻找P(4380)结构的存在,这将有助于了解P+c(4380)结构的本质。  接下来我们使用有效拉氏量方法具体研究了这两种强子分子态的衰变行为。我们计算了到十种可能衰变道的分支比,结果显示这两种不同强子分子态的衰变模式有着非常明显的差异。(D)Σ*c分子态最主要的衰变道是(D)*Λc道,到该道的衰变分支比要比到(D)Λc道的结果大了两个量级,而(D)*Σc分子态衰变到这两个道的分支比结果的差别仅不到两倍。我们的结果显示,Pc(4380)作为一个自旋宇称为3/2-的(D)Σ*c分子态时,它的总衰变宽度约是它作为(D)*Σc分子态时总宽度的两倍。这个结果表明比起(D)*Σc分子态,Pc(4380)更倾向于是一个(D)Σ*c分子态。同时我们的结果支持Pc(4450)更有可能是一个自旋宇称JP=5/2+的(D)*Σc分子态。基于计算得到的Pc态的各分宽度结果,我们估算了s道交换Pc态的γp→J/ψp以及πp→J/ψp过程的总截面。根据这些理论研究,我们认为将来JLAB的γP实验以及JPARC的πp实验可以帮助确定这些Pc态的本质。  最后我们使用了一个幺正的耦合道模型来研究(D)Λc-(D)Σc相互作用。我们使用SU(3)味道对称性确定了耦合常数值。在最近观测到的五夸克态的能量区间附近我们发现存在一些动力学产生的各种自旋宇称的共振态和束缚态。我们并把该方法运用去研究了BΛb-BΣb相互作用。由于美夸克的质量要比粲夸克质量重得多,在BΛb-BΣb相互作用中我们发现存在更多的共振态,它们可以通过未来的高能量高亮度的e-p碰撞实验来寻找。
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