关于类粲偶素奇特态的有效理论研究

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众所周知,粒子物理在能标很低的时候手征微扰论是可以适用的有效理论,而能标很高的时候,由于QCD的渐近自由的性质,微扰量子色动力学可以适用。而介于这两者之间的能标,也即粲偶素能标上,一方面,不再能用强相互作用耦合常数微扰展开;另一方面,由于粲夸克质量有限,重夸克自旋对称性也不再能较好保持。比如4GeV以上能区,反应过程中转移动量达到GeV量级,与粲夸克质量相当,重夸克对称性的破坏将变得重要,不再可以忽略不计。因此,粲偶素能区充分展现了QCD的非微扰效应,以及由此效应带来的丰富多彩的粒子谱。  由于高能物理实验的飞速发展,在粲偶素能区发现了很多奇异态XYZ粒子。这些粒子有的具有奇异量子数,不能纳入夸克模型框架下。比如带电的Z±c粒子,以及最近发现的五夸克态粒子Pc(4450)、Pc(4380)。所有这些奇异粒子态的发现引发了理论上的各种模型解释,比如四夸克态模型、强子-粲偶素模型、混杂态模型以及分子态模型等。而这些奇异态粒子中,有一些接近两个D介子阈值。比如,X(3872)和Zc(3900)接近D*(D)阈值。在阈值附近的粒子的结构性质往往更加难以认清。一方面,两个构成阈的强子比较容易有较强的耦合,如果结合能为负,那么则可以形成阈下的束缚态粒子,如果结合能为正,那么则可以形成域上的共振态粒子。例如在分子态图像下可以认为X(3872)和Zc(3900)分别对应自旋单态和三重态;另一方面,即便没有共振态,由于运动学的原因,也会因为cusp效应等,造成峰状结构。所以对这些近阈粒子的分析应更加审慎细致。  本文中,我们根据温伯格的组成态定理,研究接近D1(D)阈值的奇异态粒子Y(4260)作为分子态D1(D)+c.c的可能性。在分子态图像下,系统地研究了Y(4260)在正负电子对撞中的电磁产生以及衰变行为。通过将分子态模型的结果与实验数据比较,给出了强子态Y(4260)中长程D1(D)+c.c组分与短程c(c)组分的大小,强子态Y(4260)与D1(D)+c.c的耦合强度。结果显示Y(4260)中有很大的D1(D)+c.c组分。我们拟合给出了Y(4260)的电磁衰变常数,推算出Y(4260)→e+e-的电磁衰变宽度在500eV左右。根据实验上在不同道所测得的截面,推出Y(4260)到各个不同末态的衰变宽度。并通过3P0模型分析了由于D1(2420)与D1(2430)混合效应带来的重夸克对称性的破坏效应,并研究了通过这一重夸克对称性破坏效应产生的Y(4260)强子态中c(c)组分与D1(D)+c.c组分之间裸的相互作用耦合常数的大小,与分子态模型拟合出的结果是自治的。  第四章,我们在分子态的图像下,通过中间介子圈效应研究了邻近D*(D)*阈值的Zc(4020)粒子的可能的强衰变末态以及电磁衰变末态,并估算出Zc(4020)与D*(D)*介子的耦合强度大小。发现,由于tri-angle singularity效应,Zc(4020)→γX(3872)的过程对外线粒子四动量很敏感,但是在误差范围内,我们得到,Zc(4020)→γX(3872)的宽度与D*→γD的宽度在一个量级。
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