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多夸克系统的研究,张 宗 烨 （中国科学院高能物理研究所） 2006,06,30 北京 研究生院,2,引言 双重子态（6 quark)的研究 五夸克(Penta-quark)态的研究 四夸克(Tetra-quark)态的研究 强子的分子态 展望,Outline,3,一.引言,在强作用世界里，目前只观测到了由三个夸克(3q)组成的重子和由正反夸克 组成的介子和大量的原子核。 然而按照强作用的基本理论（QCD理论），各种颜色单态的多夸克态（ 以及由两个以上胶子组成的胶球等)是允许存在的.。它们真的存在吗？ 在那里可以找到它们？,由于多夸克态是一类全新的物质，它们的存在可以提供更多的夸克-夸克以及夸克-胶子的短程行为的信息，也是检验QCD各种模型及QCD理论本身的重要场所。 因此，寻找多夸克态的研究一直受到国际上的广泛关注。,6,二.六夸克态（双重子）的研究,1977年Jaffe首先预言了 H 粒子，开始了双重子 （多夸克态）的研究。 他的论据是：考查单胶子(OGE)作用在什么情况下 有吸引力？,当 n 个夸克都处于 (0s) 态时：,H 粒子是指 uuddss 六夸克的颜色单态， 它的自旋 S=0，同位旋 I=0。如果它的质量小于两个 的质量，则只能发生弱衰变，是一个具有长寿命 （约10-10秒）的粒子。 Jaffe用 口袋模型 + 单胶子交换 估算出 H 粒子的结合能约为 80 MeV。 最早预言了 H 粒子是一个可能的多夸克态。 引起了广泛的关注。,寻找 H 粒子的实验持续了三十年，化了很大的人力和物力，可惜的是到现在为止仍未找到可信的结果，从目前的 双超核 实验中得到的结果来看， H 粒子 基本上是不束缚的，至少不是深束缚的。 双超核实验给出 H 的结合能上限：,看来 Jaffe 预言的论据不够全面。,我们给出了可能存在双重子的另外一个论据： 考查夸克交换提供的 “聚合作用” N-N 之间夸克交换效应很小，使得原子核被看作多个核子的态，而不被看作为多夸克态。 我们要问： 在哪些重子之间夸克交换效应很重要呢？ 夸克交换效应能有 “聚合作用” 吗？,具有夸克“聚合作用”。,的衰变方式为： 全部都是弱衰变。其寿命约为 秒。,如何在实验上寻找 ，目前看来只有可能在相对论重离子碰撞中寻找。但它的生成率很小，理论上也很难给出可靠的生成率的计算，粗略估算认为在RHIC能区，它的生成率大约为单个的生成率的 。 因此，这在实验上是一个很难做的问题。,这个预言引起了实验物理学家的兴趣，目前已列入 RHICSTAR 的研究的 proposal, 准备开展实验研究。,阈值附近的反常增强,2003年 BES 组观测到在 过程中， 在 的阈附近有反常的增强现象。,中的新共振态 （1835） - 2005年 BES组,这些新现象引起了许多人的兴趣，做了很多讨论：,19,三、五夸克态的研究,理论上 粒子的预言是从手征孤立子模型(chiral soliton model)中得到的。,D. Diakonov et al., Z. Phys. A 359 (1997) 305,在手征孤立子模型中： 介子是手征场，重子是手征场中的孤立子 在自旋和同位旋空间中的螺旋激发态。它可以有除了八重态和十重态 以外更高的 SU(3)多重态。,通过把实验上的(1710)粒子认为是反十重态 的 N(1710)，利用手征孤立子模型的质量关系，预言了(1530) (S=+1，B=1),美国 Jefferson Lab,OBSERVATION OF AN EXOTIC S = +1 BARYON IN EXCLUSIVE PHOTOPRODUCTION FROM THE DEUTERON CLAS Collaboration (S. Stepanyan et al.) Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 252001 arXive: hep-ex/0307018,美国 Jefferson Lab,OBSERVATION OF AN EXOTIC BARYON WITH S = +1 IN PHOTOPRODUCTION FROM THE PROTON CLAS Collaboration (J. Barth et al.) Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 032001 arXive: hep-ex/0311046,声称观测到了 粒子的实验室：,声称未观测到 粒子的实验室：,由于 粒子的奇异数是+1，所以如果它有 夸克结构的话，它至少由5个夸克（ ） 组成。（同样， 是由（ ）组成）。 尽管最早理论预言是从手征孤立子模型给出的， 而手征孤立子是没有结构的，但人们还是把 它称为五夸克态。,如果实验上确认 的存在，这是首次在实验中发现了寻找了几十年的多夸克态，其意义是显然的。,理论上做了大量的工作： 从各种模型计算了五夸克态的能量和宽度， 除了手征孤立子模型（非动力学模型）以外， 在合理的参数下，都得不到 粒子的 低质量（1540MeV）和 窄宽度（ 25MeV）。 同时不论从实验上还是理论得到的 KN 相移来看，一直到700MeV，不论是S波( )还是P波( )，这里都没有共振态的迹象。 - 看来 不能看作 KN 的共振态。,在高统计量的 实验中未观测到 。,日本的 Spring-8 仍然不放弃， 他们认为：,Spring-8 的初步结果：,还没彻底 dead,五夸克态的研究现状： 仍然有几个实验室在坚持努力寻找， 包括 Spring-8 ，RHIC, HERMES 等。 多数人已经不相信 的存在。,32,四、四夸克态的研究,在 衰变过程中，观测到了两个窄共振态。,夸克模型计算表明： 纯四夸克态不能给出 与实验相符的结果，也需要考虑混合。,看来 都是混合态， 不是纯四夸克态。,什么情况下可以有纯四夸克态？ 当正反夸克的味道完全不同时，例如：,这些系统至少有四个夸克，是很有兴趣的。,39,五、强子的分子态,研究由两个强子形成的弱束缚态或共振态 ， 也是很有兴趣的问题。由于这类态是弱束缚态， 两个强子不很靠近，因此不认为它们是多夸克态， 而称之为分子态。,目前只发现了氘核。 还有没有其它的分子态？在那里去寻找？ 现在发现的一些强子激发态是否是两个强子的分子态？,这里同样有不纯的问题。为了避免这个问题， 首选的是考查两个味道完全不同的强子体系。 这里包括：