强子谱研究前沿简介.ppt

强子谱研究前沿简介,邹冰松 中国科学院高能物理研究所,内容提要,1. 强子谱研究前沿简介 2. 北京正负电子对撞机（BEPC）、北京谱仪 3. BEPC目前强子物理研究概况 重子谱（核子激发态和超子激发态）的研究 J/ 辐射衰变、寻找胶球 J/ 到轻介子的强衰变、介子的夸克成分 其它璨偶素及璨介子的衰变 4. 兰州CSR强子物理展望,1. 强子谱研究前沿简介,1）什么是强子、强子谱 ？ 2）为什么要研究强子谱 ？ 3）强子谱物理研究的基本问题 4）强子谱研究的前沿热点,1）什么是强子、强子谱 ？,u,d,c,s,t,b,e,m,t,ne,nm,nt,电荷,+2/3,-1/3,0,-1,夸克 ( q ),轻子 ( l ),“基本” 粒子,从轻到重,物质间通过力场发生相互作用 传递力的粒子,强子：由夸克、胶子组成的，色中性的， 半径 1.5 fm 的一类复合粒子。 包括 介子、重子 两大类。 强子谱 ：强子的质量（能量）谱 及强子的分类,（qq）介子： 2S+1LJ Jpc P=(-1)L+1 1S0 0- 3S1 1-,I3,K+(us),K0(ds),-(u d),+(ud),K-(su),0,K0(sd),I3,K*+,K*0,-,K*-,+,K*0,0,0 =,uu - dd,2,重子的 SU(3) 3q-夸克模型 1/2 + 自旋-宇称 3/2+,质量公式预言 m- 1670 MeV 实验 m- 1672.45 0.29 MeV,空间轨道基态 相当成功！,2）为什么要研究强子谱 ？ 强子是目前人类能够分割出来、观测到具有 内部结构的最小单元。 强子结构 - 物质微观结构研究的最前沿 ！ 能谱 = 探索物质微观结构极其有效的工具 原子谱 玻尔原子的量子理论 核 谱 壳模型 &集体运动模型 强子谱 ?,3）强子谱物理的两个最基本的问题：,夸克禁闭的根源及性质，胶子自相互作用 夸克和胶子是如何构成强子的？,QCD 色力线,QED 电力线,能量密度 线性势,格点QCD,强子衰变对夸克禁闭的作用？,夸克模型： 重子 = 3 夸克 介子 = 夸克-反夸克 QCD ： 新的自由度 - 具有自相互作用的胶子,胶球、夸克-胶子混杂态？,A. 三夸克态,B. 夸克-胶子混杂态,C. 偶夸克-夸克态,D. 多夸克态,预言的核子激发态N*数目：DBAC 实验已观测到的N*数目 A , “失踪”？,重子是如何构成的？,e,p,高能电磁探针探测核子内部结构遇到的问题： 光子、胶子与海夸克的相互转化，原有的、再生的？,无穷大动量坐标系强子结构函数与静止系强子结构的关系？,强子谱和强子衰变的研究是必须的 ！,4）强子谱研究的前沿热点 （1）奇特的 q+ “五夸克态” （2）质子中的奇异夸克成分 （3）重子激发态夸克模型的两个突出困难 （4）寻找胶球、夸克-胶子混杂态、多夸克态,（1）奇特的 q+ “五夸克态”,Strange pentaquark q+ predicted by D.Diakonov et al., Z.Phys.A359 (1997)305,First evidence from LEPS,g nK+K-n,No L(1520) peak in events without a proton.,M = 1.540.01 MeV G 25 MeV Gaussian significance 4.6s,T. Nakano et al., Phys.Rev.Lett. 91 (2003) 012002,q+,q+ : PDG2004 established particle,M. Karliner and H. Lipkin, Phys. Lett. B 597 (2004) 309 “Why the q+ is seen in some experiments and not in others - a possible explanation” 另一种可能的解释：某些实验结果不可靠。 需要高统计量重复性实验检验 ！,No q resonance in high statistics data from g11CLAS Phys. Rev. Lett. 96 (2006) 042001,High Statistics CLAS(d) result,Model-independent uppper limit 95% CL for Q+ is 20nb. With assumptions about the spectator, we can set a model dependent upper limit to the cross section of 4-5 nb.,M(nK+)(GeV),preliminary,Supersedes older CLAS data,Simulate Spring8 angular distribution to determine sensitivity !,e-Be electroproduction at Babar,Fit uses *(1480) PDG 1star,Possible acceptance loss in low mass region: (PID requires p(p) 4.1 GeV/c; p(KS0)3 GeV/c),Preliminary 233 fb-1 e+ e- data,Tetiana Berger-Hrynova,The story of the pentaquark shows how poorly we understand QCD. - F. Wilczek the pentaquark story will probably have come to an end for physicists but will live on as a case- history for historian and philosophers of science. F. Close,Words of wisdom,Jorge Agustn Nicols Ruiz de Santayana (1853-1952) AB, PhD Harvard (1886,1889). Prof. of Philosophy, Harvard (to 1912).,“Those who cannot remember the past are condemned to repeat it.“ Life of Reason, Reason in Common Sense (1905),“Scepticism is the chastity of the intellect, and it is shameful to surrender it too soon or to the first comer.“ Scepticism and Animal Faith (1923),（2）质子中的奇异夸克成分,Classical picture of the proton,Perturbative gluon-sea-quark fluctuation : u(x) =d(x) , s(x) = s(x),探测核子结构的一个主要的途径： 轻子-核子深度非弹散射,MAMI 1 GeV ELSA 3 GeV CEBAF 6 GeV HERA 27 GeV,Flavor asymmetry of light quarks in the nucleon sea Deep Inelastic Scattering (DIS) + Drell-Yan (DY) process,d u 0.12,Meson cloud model: | p | uud + e1 | n ( udd ) p+ (du ) A.Thomas, J.Speth + e2 | D+ ( uuu ) p- (ud ) +,Meson cloud model including strangeness: | p | uud + e1 | n ( udd ) p+ (du ) + e2 | D+ ( uuu ) p- (ud ) + e | L (uds) K+ (su ) + Predictions for the proton: Strange spin : Ds 0 Strange magnetic moment : ms 0 Strange radii : rs 0 The most recent analysis of data for strange spin Ds = -0.05 -0.1 D. de Florian et al., Phys. Rev. D71 (2005) 094018,Thess component of the proton,neutrino DIS sizable charm production,The strange magnetic moment ms and radii rs from parity violating electron scattering,G0,HAPPEX/CEBAF, SAMPLE/MIT-Bates, A4/MAMI,HAPPEX/CEBAF, Phys.Rev.Lett. 96 (2006) 022003 G0/CEBAF, Phys.Rev.Lett. 95 (2005) 092001 A4/MAMI, Phys.Rev.Lett. 94 (2005) 152001 SAMPLE/MIT-Bates: Phys.Lett.B583 (2004) 79,Theory vs experiment for ms and rs,Our results,B.S.Zou, D.O.Riska, Phys. Rev. Lett. 95 (2005) 072001 D.O.Riska, B.S.Zou, Phys. Lett. B (2006) C.S.An,D.O.Riska,B.S.Zou, Phys. Rev. C035207 (2006),B.S.Zou, D.O.Riska, Phys. Rev. Lett. 95 (2005) 072001 New picture for strangeness in the proton: Penta-quark configurations suud instead of meson cloud L (uds) K+ (su ) ! | p | uud + e1 | ududd + e2 | uduss + ,Pentaquark vs Meson Cloud 有色集团 替代 无色集团,S,u,u,S,d,u,d,u,S,S,Multiquark components in baryons Pentaquark vs Meson Cloud Which is the correct picture ? Re-examination of many previous studied processes is necessary ! P uud + e (2/3ududd +1/3 uduss ) + d u 0.12 15% in the nucleon, ?% in N* and D*,（3）重子激发态夸克模型的两个突出困难 模型预言的最低的几个激发态的质量与实验严重不符 uud (L=1) - N*(1535) Nh Np uud (n=1) + N*(1440) uds (L=1) - L*(1405) 谐振子势能谱 ( 2n + L + 3/2 ) hw 模型预言的激发态数目远多于实验已观测到的数目 “失踪”的重子激发态问题 : 不存在 / 暂未观测到 ？,A.Zhang, Y. Liu, P. Huang, W. Deng, X.Chen, S.L. Zhu, hep-ph/0403210 : 1/2- and 1/2+ octet N* pentaquarks have similar masses in Jaffe-Wilczek diquark model,N*(1535) uud (L=1) + e uduss + N*(1440) uud (n=1) + x ududd + L*(1405) uds (L=1) + e udsuu + Larger uduss component in N*(1535) makes it coupling stronger to Nh & KL, weaker to Np & KS, and heavier ! B.C.Liu, B.S.Zou, PRL 96(2006)042002,u,d,d,u,q,u,d,u,q,S,q + ud ud,L=1,q - ud us,L=0,五夸克 - 八重态图象预言： L* usdss 1575 MeV S* usdud 1360 MeV X* usdsu 1520 MeV 可被BES数据检验 ！,MpL,2. 北京正负电子对撞机（BEPC）、北京谱仪（BES）,1972.9.11 周恩来总理对关于建设中国高能加速器实验基地报告的复信中指示： “这件事不能再延迟了。科学院必须把基础科学和理论研究抓起来，同时又要把理论研究与科学实验结合起来。高能物理研究和高能加速器的预制研究、应该成为科学院要抓的主要项目之一。”,邓小平同志为北京正负电子对撞机奠基,江泽民参观北京正负电子对撞机,三代领袖尧舜禹， 影响文化三千年。 夸克轻子皆三代， BES也需第三代。 李政道,探测器基本原理,数据处理： 快电子学 图象判选 大型快速计算机，PC Farm internet(网络） 工作站,BEPC 工作的能区：2 5.6 GeV,World J/ and (2S) Samples (106),J/,(2S),2001,Largest from BES,2002,3. BEPC目前强子物理研究概况,重子谱（核子激发态和超子激发态）的研究 J/ 辐射衰变、寻找胶球 J/ 到轻介子的强衰变、介子的夸克成分 其它璨偶素及璨介子的衰变,3.1 重子谱（核子激发态和超子激发态）的研究,重子 = QCD三种颜色合成无色体的最简单系统,重子谱的特殊性：,人类对重子谱的了解还非常贫乏,Information from p, Kp experiments of 20 years ago,(ssq) - Baryon Spectroscopy,Theory is totally not challenged due to lack of data !,Capstick&Isgur PRD34(1986)2809,KAONTRIUMF,BESIIIBEPC2,New Facilities for N*:,CEBAFJLAB, USA ELSABonn, Germany GRAALGrenoble, France Spring8JASRI, Japan,Key issues:,N*(1440) first radial excitation,N*(1535) first L=1 excitation,Missing N* resonances,M = 1345-1470, = 160-450 MeV,M = 1495-1555, = 90-250 MeV,Hybrid (qqqg), 3-quark, diquark-q,CEBAFJLAB in USA,SAPHIRELSA (Germany),N*(1890),CBARELSA,GRAALESRF in France,Phys. Lett. B528 (2002) 215,LEPSSpring-8 in Japan Nakano,Phys.Rev.Lett.91 (2003) 012002,(1540),L*(1520),Pure isospin 1/2 and : Missing N* with small couplings to & , but large coupling to gggN : Not only N*, but also :,Advantages:,BESBEPC:,Some results from BES,H.B.Li, BES, H.C.Chiang, G.X.Peng, B.S.Zou, Nucl. Phys. A675 (2000) 189c,BES, H.B.Li, B.S.Zou, H.C.Chiang, G.X.Peng, J.X.Wang, J.J.Zhu, Phys. Lett. B510 (2001) 75 中国在PDG重子谱的首项贡献,Events/10MeV,Nx,Nx,Nx,PS, eff. corrected,(Arbitrary normalization),BES, Int. J. Mod. Phys. A20 (2005),N*(1535) in J/y p K-L + c.c.,刘伯超,邹冰松, “Mass and KL coupling of N*(1535)”, Phys.Rev.Lett.96(2006)042002 (我国第一篇N*方面PRL文章),From relative branching ratios of J/y pN* p (K-L) / p (ph),gN*KL /gN*ph /gN*pp 1.3 : 1 : 0.6,Smaller N*(1535) BW mass,(1),(2),(3),Mass of N*(1535),相当令人惊讶，利用J/y强子衰变BEPC的BES 被用于研究N*谱。 ,nucl-th/0009011,Why N*(2050) peak? L=0 limits it to be 3/2+ or 1/2+ A new “missing” N* ?,N* in,N* in,BES II Preliminary,BES II Preliminary,pN invariant mass / MC phase space BES Collaboration, hep-ex/0405030 观测到两个新的N* 共振峰 !,vs,N*(1440): M = 1358+ 17 G = 179+ 56 N*(2050): M = 2068+15-40 G = 165+ 42,J/ for * and * (BESII very preliminary),MpS,MpL,hep-ph/0106043,BEPC 已被列入寻找“失踪”重子态的五大装置之一,hep-ph/0311087 Summary talk at HADRON2003,y衰变提供了类时区域研究重子激发态的新 颖的视角，.,与杰弗逊实验室数据互补。,BEPC 与 CEBAF、ELSA、GRRAL、Spring-8在重子谱方面并驾齐驱，互相竞争、互相学习、互相补充,NSTAR（核子激发态）、MENU（介子核子）、HADRON系列 国际会议国际顾问委员会委员, 大会特邀报告。,3.2 J/ 辐射衰变、寻找胶球,3 GeV 0.3 GeV pQCD strong QCD,胡敬亮,董燎原,0-+ puzzle,3.3 J/ 到轻介子的强衰变、介子的夸克成分,f0(1710),NO f0(1710),f0(1790),?,ss uu + dd components f0(980) f0(400-1200) f2(1525) f2(1270) f0(1710) f0(1790) f0(1370) f2(2240) No significant evidence for f0(1500) glueball?,3.4 其它璨偶素及璨介子的衰变,Main topics: (2S) decay branching ratios, 15% rule c decays - the simplest process for studying gluon hadronization D, Ds decays - heavy-light quark system,4. 兰州CSR强子物理展望,兰州CSR将于今年建成，将提供动能为0.4 GeV/u(铀离子)- 1.1 GeV/u(碳离子)的重离子束流和 2.8 GeV的质子束流。 既可以产生接近3倍正常核密度的高密物质, 又可以产生多 种强子（介子和重子）及其激发态，为我国开展强子物理和重离子物理两个前沿领域的研究均提供了很有利的实验条件。 主要研究内容 重子谱（N*、 D* 、五夸克态）及双重子态的研究 高密度下的核状态方程、强子性质、手征对称破缺部分恢复机制的研究 K介子的阈下产生和超核的研究,complimentary BES and CSR experiments J/y P K-L vs P P P K+ L PL & P L the same t-channel interaction K-L & K+L the same inter