（理论物理专业论文）夸克模型及含重味夸克的强子态性质研究.pdf

摘要 摘要 近几年来，b e l l e ，b a b a r 等实验合作组报道了大量含重味夸克( e ，b ) 的新强子态存 在的信号，本文首先简要回顾这些新强子态的实验结果与可能的理论解释。在理论 上，量子色动力学( q c d ) 被公认为是强相互作用的基本理论。但低能强子物理属于 q c d 的非微扰区，由于非微扰q c d 的复杂性，完全用q c d 第一性原理处理低能强 子问题非常困难。虽然格点q c d 近年来取得重要进展，但离满意描述还很远，特别是 对于强子一强子相互作用和多夸克系统。然而，众所周知，具有q c d 主要性质的唯象 夸克模型在描述核子核子相互作用、重子谱、重夸克偶素能谱等强子性质方面都取得 了非常大的成功。本文主要是拓展了多夸克体系的颜色空间，将组分夸克模型推广应 用到四夸克体系，探讨各种颜色结构对系统能谱的影响，解释实验报道的大量含( c ，百 ) 成份的x y z 新强子态，预言新奇特介子可能存在的组态。另外，根据b e l l e 实验合作 组最新报道的两个新强子态( 4 1 6 0 ) 、x ( 3 9 1 5 ) ) ，利用正一反夸克对真空产生( 3 局) 模 型，本文研究了质量和量子数与x ( 4 1 6 0 ) 、x ( 3 9 1 5 ) 符合的一些粲偶素激发态的强衰 变性质，尝试对这两个态作出理论解释。为此，本文主要开展了以下几方面的工作： 1 基于多高斯展开算法( g e m ) ，采用朴素夸克模型、手征组分夸克模型、夸克蜕 定域色屏敝模型系统研究了各种颜色结构的g 波q q q q ( q = 8 ，c ，b ；q = 让，d ) 组态。 计算结果表明，量子数( ，j ) = ( 0 ，1 ) 的b b q q 在三个夸克模型中都存在束缚态，其束缚 能从双介子结构的几个m e v 到d i q u a r k - a n t i d i q u a r k 结构的一百多m e v ；由于介子交 换相互作用，( ，j ) = ( 0 ，1 ) 的c c 西在介子交换模型中存在弱束缚态。本文首次在夸克 模型中讨论了分子态和d i q u a r k - a n t i d i q u a r k 结构的混合，由于轻夸克间单胶子交换势 对能级劈裂的影响，b b q ( 1 和c c 丽在( ，j ) = ( 0 ，1 ) 道出现了紧束缚态，而且在手征组分 夸克模型中还存在质量为1 4g e v 的s s q q 束缚态。 2 采用朴素夸克模型和手征组分夸克模型系统研究了分子态结构的g 波 o q q q 】 组态中的隐色道效应和正、反夸克间的湮灭相互作用。主要结论如下： 8 - - 道湮灭相互作用势是排斥势。 。 在【5 翻 剥系统中，隐色道效应能使大部份分子态形成紧束缚态。这是由于b ，5 夸 克质量大，相应的动能项贡献小，系统处于颜色八重态时能量低；而色单态与隐 色道耦合时，两个轻夸克间的色磁相互作用对两道能级劈裂的贡献很大。 在翰】【和】系统中，若考虑隐色道效应，则新强子态才( 4 0 5 0 ) 可以解释为量子数 i 摘要 s ( j p e ) = 1 ( o + + ) 的d 柏d + + 分子态；x ( 3 9 1 5 ) 解释为i ( j p c ) = o ( o + + ) 的d 4 西+ 分子态；另外，在朴素夸克模型中还存在i ( j p c ) = ；( o + + ) 的d i d + 弱束缚态， 本文建议实验上通过分析末态j 妒k + 的不变质量谱寻找该新强子态。 ， 即使考虑隐色道效应，g 波 国q 】【国g 】、旧q 】【国创、【刊 刊系统很难形成束缚 态。因为组成四夸克态内部的两个介子间的颜色单态与八重态的颜色耦合矩阵 元大小相等，而夸克一夸克、反夸克一反夸克与两对夸克反夸克间的符号相反，因 此，色磁相互作用可能大部份或完全抵消，以致于它对四夸克系统内色单态道与 隐色道的能级劈裂几乎没有贡献。 3 基于b e l l e 实验合作组最新报到的两个含( 面) 的态( x ( 4 1 6 0 ) 、x ( 3 9 1 5 ) ) ，本文 首先从粲偶素质量谱分析得出它们可能的候选者，然后用3 局模型研究这些候选者 的强衰变性质。从质量谱的角度分析，x o ( 3 3 局) 、x 1 ( 3 3 p 1 ) 、他( 2 1 d 2 ) 、叩c ( 4 1 s o ) 四个 态都与x ( a 1 6 0 ) 实验值符合，但我们的计算结果表明只有犯( 2 1 d 2 ) 的强衰变性质与 2 ( 4 1 6 0 ) 的实验结果符合较好，可以合理地把x ( 4 1 6 0 ) 解释为粲夸克偶素叩c 2 ( 2 1 d 2 ) 。 虽然x ( 3 9 1 5 ) 的实验质量与x o ( 2 3 r ) 相同，但后者的强衰变宽度远大于前者的实验 值，两者不可能是同一个粒子。该结论与第2 个研究工作是完全自洽的，即进一步验 证了x ( 3 9 1 5 ) 是i ( j p c ) = o ( o + + ) 的分子态d + d + ，而x ( 4 1 6 0 ) 不是四夸克态。 4 根据c d f 和d o 实验组最新报道的含有单个b 夸克的重重子6 ，：和三6 ，本文 采用多高斯展开方法，在组分夸克模型下系统研究了含有一、二、三个重味夸克的重 重子谱，并得到了与已有实验数据一致的结果。 组分夸克模型在解释强子谱和强子强子相互作用上取得了巨大的成功，但也遗留 一些问题。随着新强子态的发现和研究的深入，模型需要发展。通过考虑隐色道效应 和夸克对产生效应以及引入多夸克状态，新强子态和遗留的问题可以得到解释。进一 步的实验和理论研究将会加深我们对强子物理和q c d 的理解。 关键词：四夸克态，重重子谱，组分夸克模型，3 r 模型，颜色结构耦合 英文摘要 a b s t r a c t r e c e n t l y , b e l l e ，b a b a rc o l l a b o r a t i o n sh a v er e p o r t e dan u m b e ro fn e wh a d r o ns t a t e s i n c l u d i n gbo rcq u a r k s f i r s to fa l l ，t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dc o r r e s p o n d i n gi n - t e r p r e t a t i o n sa b o u tt h e s en e wh a d r o ns t a t e sa r er e v i e w e di nt h i sp a p e r t h e o r e t i c a l l y , t h eq u a n t u mc h r o m o d y n a m i c s ( q c d ) i sb e l i e v e dt ob ef u n d a m e n t a lt h e o r yo fs t r o n g i n t e r a c t i o n l o we n e r g yh a d r o np h y s i c si si nt h en o n p e r t u r b a t i v er e g i o no fq c d ，i ti s d i f f i c u l t yt od e a lw i t ht h el o w e re n e r g yh a d r o n i cp r o b l e m sb yt h ef i r s tp r i n c i p l eo fq c d b e c a u s eo ft h ec o m p l e xo ft h en o n p e r t u r b a t i v et h e o r y a l t h o u g hl a t t i c eq c dm a k ea l o 七o fp r o g r e s s e si nh a d r o np h y s i c sr e c e n t l y , i ti ss t i l lf a rf r o ms a t i s f a c t o r y , e s p e c i a l l yf o r t h eh a d r o n - h a d r o ni n t e r a c t i o na n dm u l t i q u a r ks t a t e s h o w e v e r ，i ti sw e l l - k n o w nt h a tt h e p h e n o m e n a lc o n s t i t u e n tq u a r km o d e l s ，w h i c hh a v et h ep r o p e r t i e so fq c d ，a c h i e v eg r e a t s u c c e s st od e s c r i b et h en u c l e o n - n u c l e o ni n t e r a c t i o n ，s p e c t r u mo fh o x t r o n s ，c h a r m o n i u m a n db o t t o m n i u ms t a t e s s e c o n d l y , b ye n l a r g i n gt h ec o l o rs p a c ei nam u l t i - q u a r ks y s t e m ， w ea p p l yt h ec o n s t i t u e n tq u a r km o d e l st of o u r q u a r ks y s t e mt os t u d ym a s ss p e c t r u ma n d t h ec o u p l i n ge f f e c t so fd i f f e r e n tc o l o rs t r u c t u r e s ，t ou n d e r s t a n dt h ei n n e rs t r u c t u r eo ft h e x y zh e x i r o ns t a t e si n c l u d i n g ( c ，司o b s e r v e db ye x p e r i m e n t ，t op r e d i c tw h a tk i n d so f e x o t i cm e s o n sm a yb ee x i s t t h i r d l y , a c c o r d i n gt ot h en e w e s te x p e r i m e n t a ld a t ao ft h e x ( 4 1 6 0 ) a n dx ( 3 9 1 5 ) r e p o r t e db yb e l l e ，t h es t r o n gd e c a yp r o p e r t i e so ft h ec a n d i d a t e s f o rt h e s es t a t e sa r es t u d i e db yt h e3 p om o d e lt oe x p l a i nt h ep r o p e r t i e so ft h en e ws t a t e s t h e r e f o r e ，t h ef o l l o w i n gt o p i c sa r es t u d i e di nt h i sp a p e r 1 t h en a i v eq u a r km o d e l ，c h i r a lq u a r km o d e la n dq u a r kd e l o c a l i z a t i o nc o l o rs c r e e n i n g m o d e la r ee m p l o y e dt od oas y s t e m a t i c a lc a l c u l a t i o no ft h es - w a v eq q q q s p e c t r u mw i t h d i f f e r e n tc o l o rs t r u c t u r e sb yg a u s s i a ne x p a n s i o nm e t h o d ( g e m ) t h er e s u l t ss h o wt h a t o n l yb b q ( 1w i t h ( i ，j ) = ( 0 ，1 ) i sb o u n di nd i f f e r e n tc o l o rs t r u c t u r e sw i t h i nd i f f e r e n tq u a r k m o d e l s t h eb i n d i n ge n e r g yv a r i e sf r o ms e v e r a lm e vf o rd i m e s o ns t r u c t u r et oo v e r1 0 0 m e vf o rd i q u a r k a n t i d i q u a r ks t r u c t u r e f o rt h ec c q qs y s t e m ，t h es t a t ew i t h ( i ，j ) = ( 0 ，1 ) i sb o u n di nd i m e s o ns t r u c t u r e ，a n da l s ob o u n di nd i q u a r k - a n t i d i q u a r ks t r u c t u r e i fp s e u d o s c a l a rm e s o n se x c h a n g e sa r ea c c o u n t e df o r ，a l la r ew e a k l yb o u n ds t a t e s t h e m i x t u r eo fd i q u a r k - a n t i d i q u a r ka n dm o l e c u l a rs t r u c t u r e si sd i s c u s s e di nt h ef r a m e w o r ko f q u a r km o d e l sf o rt h ef i r s tt i m e ；d u et ot h ec o l o rm a g n e t i ci n t e r a c t i o no fl i g h tq u a r k si n 一1 1 1 t h ec 0 1 0 rc o u p l i n gc h a 皿e l ，t h ec c q qw i t h ( j ，j ) - ( o ，1 ) i sb e l o w t h et h r e s h o l di na d d i t i o n t o6 6 丽i nb o t ht h ec h i r a lq u a r k m o d e la n dn a i v eq u a r km o d e l i nt h es a m ee h a m e l ，s s g q i sa l s oap o s s i b l eb o u n ds t a t ew i t hm a s sa r o u n d1 4 g e vi nt h ec h i r a lq u a r km o d e l - 2 u s i n gt h en a i v eq u a r km o d e la n d c h i r a lq u a r km o d e l ，t h ee f f e c t so fh i d d e n c o l o ra n d s c h a n n e la n n i h i l a t i o ni 1 1 t e r a c t i o na r es t u d i e di n t h es - w a v ef o u r - q u a r ks t a t e s 【q g 】 虿q 】 w i t hd i m e n s o ns t r u c t u r e t h ef o l l o w i n gr e s u l t sa r eo b t a i n e d ，t h es c h a 皿e 1a 1 1 n i h i l a t i o ni n t e r a c t i o ni sr e p u l s i v ei nt h e 旧g 】【和】s y s t e m 。 b yt 出n gt h eh i d d e nc 0 1 0 rs t r u c t u r ei n t oa c c o u n t ，t h ed e e pb o u n d s t a t e so f ( 6 q 1 1 a r ef o u n d t h i si sb e c a u s et h eh e a v i e rt h ep a r t i c l eh a s ，t h es m a l l e rk i n e t l ce n e 。g y i th a s h e n c e ，t h e r ei sl o we n e r g yi nc o l o ro c t e tf o r 川例s y s t e m ；a n dt h ee 蜮g y s p l i t t i n gb e t 愀ns i n g l e ta n dh i d d e nc o l o ra r i s em a i n l y f r o mt h ec o l o rm a g n e t l c i n t e r a c t i o no fl i g h tq u a r k s t h ez 1 + ( 4 0 6 0 ) a n dx ( 3 9 1 5 ) c a nb ei n t e r p r e t e da sam o l e c u l a rs t a t ed o d + + w i t h i ( j p c ) ：1 ( o + + ) a n d d d ，w i t hz ( j v c ) = 0 ( 0 + + ) ，r e s p e c t i v e l y ，i ft h em d d 饥 c o 幻ri st a k e ni n t oa c c o u n “nt h e 两】 剥s y s t e m t h em o l e c u l a r s t a t ed ；d + w i t h i ( j p c ) ( o + + ) a l s of i n di n t h en a i v eq u a r km o d e l w es u g g e s tt h a tt h e 麟p e 仆 一 m e n t a lc o l a b o r a t i o n st of i n di tb ya n a l y s i st h ei n v a r i a n tm a s ss p e c t r u mo f 妒 t h e r e 盯ef e wb o u n ds t a t e sf o rs - w a v e o q t o q ，【国q 】【国q 】a n d 【可q 】 相】s y s e m ， t h o u g ht h ec h a n n e lo fh i d d e nc o l o r i sc o n s i d e r e d d u et ot h em a g n l t u d eo fc o i o r m a t r i xe l e m e n t sb e t w e e nt w om e s o n sa r ee q u a l f o rc o u p l i n go fc o l o ro c t e ta 1 1 ds m g l e t ， a n dt h e r ei sp o s i t i v ef o rq u a r k - q u a r k ，a n t i q u a r k a n t i q u a r kw h i l en e g a t i 垤f o r t w o 占a i r so fq u a r k - a n t i q u a r k h e n c e ，t h ec o n t r i b u t i o no fc o l o rm a g n e i ci n t e m c t l o n 5 盯e a l m o s tc a n c e l e de a c ho t h e r ，w h i c hc a n ts p l i tt h ee n e r g yl e v e l b e t 、e e ns i n g l e ta n d h i d d e nc o l o rc h a n n e lf o rt h ef o u r - q u 掣ks y s t e m 3 i n s p i r e db yt h en e w l yo b s e r v e dx ( 4 1 6 0 ) a n d x ( 3 9 1 5 ) s t a t e s ，w ea n 出z e h em a s s s d e c t r u mo ft h e s es r a t e si nd i f f e r e n tq u a r km o d e l sa n d c a l c u l a t et h e i rs t r o n gd e c a yw i d t h s b yt h e3 rm o d e l a c c o r d i n g t ot h em a s ss p e c t r u mo fc h a r m o n i u m s t a t e sp r e d i c t e db yt h e p o t e n t i a lm o d e l ，t h es t a t e s 洳( 3 3 p 0 ) ，x 1 ( 3 3 尸1 ) ，撇( 2 1 d 2 ) ，仉( 4 1 s o ) a l l c a nb ec a n d l d a t e s f o rt h ex ( 4 1 6 0 ) h o w e v e r ，o n l yt h ed e c a y w i d t ho ft h es t a t ev c 2 ( 2 1 d 2 ) i no 毗c a l 饥l 吼1 0 n v 1 8i ng o o da g r e e m e n tw i t ht h ed a t a r e p o r t e db yb e l l ea n dt h ed e c a yo f 础( 2 1d 2 ) _ d d ， w h i c hi sn o ts e e ni ne x p e r i m e n t ，i sa l s of o r b i d d e n t h e r e f o r e ，i ti sr e a s o n a b l et oi n t e r p r e t t h ec h a r m o n i u ms t a t er e 2 ( 2 1 d 2 ) a st h es t a t ex ( 4 1 6 0 ) f o rt h es t a t ex ( 3 9 1 5 ) a l t h o u g h t h em a s so fx 0 ( 2 3 p 0 ) i sc o m p a t i b l ew i t ht h ee x p e r i m e n t a lv 8 l l u e ，t h ec a l c u l a t e d s t r o n g d e c a yw i d t h1 8m u c hl a r g e rt h a ne x p e r i m e n t a ld a t a h e n c e ，t h ea s s i g n m e n to fx ( 3 9 1 5 1t o c h a r m o n i u ms t a t ex o ( 2 3 p o ) i sd i s f a v o r e di no u rc a l c u l a t i o n t h e s er e s u l t sa g r e ep e r f e c t l y w i t ht h e2 t hw o r k ，n a m e l y , x ( 3 9 1 5 ) i sam o l e c u l a rs t a t ed o d + w i t hi ( j p c ) ：l ( o + + j a n dx ( 4 1 6 0 ) i sn o taf o u r q u a r kc o n f i g u r a t i o n 4 m 。t i v a t e db yt h en e w h e a v yb a r y o n 6 ，；a n d 三6o b s e r v e db yc d fa n dd oc o l - l a b o r a t i o n s ，t h es p e c t r o s c o p yo f5 - w a v eh e a v y - b a r y o n sc o n t a i n i n go n e ，t w oo rt h r e eh e a v y q u a r k si si n v e s t i g a t e di nac o n s t i t u e n tq u a r km o d e lb ym e a n so fag a u s s i a ne x p a n s i o n m e t h o d t h ec a l c u l a t e dr e s u l t so fh e a v y - b a r y o ns p e c t r aw i t has i n g l eh e a v j q u a r ka r e c o n s i s t e n tw i t ht h ee x p e r i m e n t a ld a t a t h ec o n s t i t u e n tq u a r km o d e l j sa c h i e v ea g r e a ts u c c e s so nh a d r o np h y s i c s , t h e r ea r e a l s os e v e r a lu n r e s o l v e dp r o b l e m s w i t ht h ed i s c o v e r yo fn e w h a d r o ns t a t e sa n d 鹪七h e r e s e a r c hg o e sf u r t h e r ，t h ed e v e l o p m e n to ft h eq u a r km o d e li s n e e d e d b yi n t r o d u c i n g t h eh i d d e n - c o l o rc h a n n e l ，q u a r k - a n t i q u a r kp a i rp r o d u c t i o na n dm u l t i q u a r ks t a t e s ，i t i s p o s s i b l et oe x p l a i nt h en e w l yd i s c o v e r e dh a d r o ns t a t e sa n dt h eu n r e s o l v e dp r o b l e l s f u r t h e re x p e r i m e n t a la n dt h e o r e t i c a lw o r ki si n d i s p e n s a b l et od e e po u r u n d e r s t a n d i n go f h a d r o np h y s i c sa n dq c d k e yw o r d s ：f o u r q u a r ks t a t e ，s p e c t r u mo fh e a v yb a r y o n ，c o n s t i t u e n tq u a r km o d e l ，3 r m o d e l ，c o u p l i n gc o l o rs t r u c t u r e v 插图目录 插图目录 1 4 强相作用中跑动耦合常数的实验测量值3 1 2 介子、重子的色流管结构3 1 3 q c d - - 啡微扰途径_ 物理可观量间的联系示意图4 1 4b e s i i i 的能区。7 1 5亩。介子衰变到末态葩和其它粒子的过程8 1 6 初态辐射f i s r ) 过程8 1 7 分子态，d i q u a r k - d i a n t i q u a r k 态，夸克反夸克一胶子混杂态：1 0 1 8 粲偶素及类粲偶数能谱1 3 1 - 9 x _ d d + ，x _ p ，妒的强衰变费曼图1 4 1 1 0 芘与强子圈耦合1 6 1 1 l 各实验组对x ( 3 8 7 2 ) 能j 质量的测量结果1 6 1 1 2 s 波( c g ) ( 葡) 谱1 8 2 - 1 分子态结构3 0 2 2 多夸克态的颜色结构3 0 2 3 三胶子交换图3 3 2 4 3 昂模型中介子的两种可能的衰变模式3 5 2 5 三体系统的雅克比坐标3 9 2 6 四体系统的雅克比坐标4 4 3 1q q q q 系统三个独立的相对坐标4 9 4 - 1 ( q q ) ( q q ) 分别在手征和朴素组份夸克模型下的物理图像6 3 垂2 正、反夸克间的单胶子湮灭费曼图6 4 4 3 双介子结构( q q ) ( q q ) 的相对坐标6 7 4 4v p p v 耦合为j p c = 1 + + 时的介子交换势7 2 缸5v p + p v 耦合为j p c = 1 + 一时的介子交换势7 3 4 6v v 耦合为j p c = o + + 时的介子交换势7 5 垂7v v 耦合为j p c = 2 + + 时的介子交换势7 6 5 1 粲偶素3 p 态径向波函数8 2 5 2 x o ( 3 3 p o ) 可能的强衰变8 2 5 3 , 7 。( 4 1 s o ) 的强衰变结果8 3 5 4 x l ( 3 3 只) 的强衰变结果8 4 5 5 叼。2 ( 2 1 仍) 的主要强衰变结果8 5 5 6 毋等篙身器衰变分之比随s h o 波函数中吼的变化情况8 5 5 - 7x o ( 2 3 p o ) 的强衰变结果8 6 插图目录 6 1 ，和q 雅克比坐标8 8 6 - 2 a ，+ ，三和三+ 的雅克比坐标9 0 6 3 三个质量互不相等夸克的雅克比坐标9 2 6 4 s u ( 4 ) 的2 0 重对称态9 3 良5 左图为s u ( 4 ) 的2 0 重对称态，右图为4 个反对称态9 4 表格目录 表格目录 1 1 夸克与轻子质量1 1 2b e l l e 实验合作组及其它一些实验组报道的新强子态2 4 1 3c 百的实验与理论计算值2 5 1 - 4 模型平均误差2 6 2 - 1 多高斯方法解出的基态介子的质量 4 2 3 - 1 夸克模型参数5 3 3 - 2 b c n , c h q m 和q d c s m 模型中普通介子的理论计算结果5 4 3 在b c n 夸克模型下，d i q u a r k a n t i d i q u a r k 结构的q q q q 质量：5 5 3 - 4 d i q u a r k a n t i d i q u a r k 结构的q q ( i q 在手征组分夸克模型下的计算结果5 5 3 - 5 b c n 模型中双介子结构 q 司 q 翻的质量谱5 6 3 - 6 c h q m 和q d c s m 下( q 动( q 虿) 系统的能量5 7 3 7 耦合不同颜色结构后的q q q q 系统的能量5 9 3 8 当z 1 = 0 1 厂仇时，d 和g 坦能量随z n 。和礼m 变化的情况。6 0 3 9 ( j r ，j ) = ( 0 ，1 ) 时( c 彩( c 动和( 6 曲( 叼) 的能量随z m 训鲰。婀n n m 变化 的情况6 l 3 - 1 0 ( i ，j ) = ( 0 ，1 ) 道( c 动( c 酌和( 6 百) ( 6 动能量随o t m 变化的情况6 1 垂1 口。痧和召一序组成的四夸克系统味波函数j 6 6 缸2d 一西+ 和召一伊组成的四夸克系统味波函数6 6 垂3 颜色矩阵元6 7 4 4 线性禁闭势的c h q m 参数6 8 4 - 5 b c n 和c h q m 模型中普通介子的理论计算结果6 9 4 - 6 ( ( 2 q ) ( q q ) 四夸克系统对应的理论计算阂值7 0 4 - 7p p 结构的( 团) ( 和) 系统的束缚能7 0 4 - 8 v p 结构的( 田) ( 和) 系统的束缚能7 1 4 _ 9 v - v 结构的( 匈) ( 和) 系统的束缚能7 4 4 - 1 0p p 结构的( 6 9 ) ( 劲) 系统的束缚能7 4 4 - 1 1v p 结构的( 6 q ) ( 曲) 系统的束缚能7 6 4 - 1 2v - v 结构的( 6 9 ) ( 动) 系统的束缚能7 7 5 1x ( 4 1 6 0 ) 和x ( 3 9 1 5 ) 可能的粲夸克偶素候选者的质量谱7 9 5 2 o z i 规则所允许的o p e n - c h a r m 强衰变8 0 5 3 与表5 2 对应的分波振幅- 8 0 5 43 局模型计算粲偶素的两体强衰变所需的参数8 l 6 - 1 s u ( 3 ) a 重态、十重态的基态能谱9 2 表格目录 6 - 2 夸克模型参数9 3 6 - 3 含有一个重夸克的基态重重子谱9 5 昏4 含有两个中夸克的重重子能谱9 6 6 5 含有三个重夸克的重重子谱_ 9 6 l 墼l 三l 主兰! ! ! = ! ! ! ! = = = = = = ! ：! ! ! ! ! = ! ! ! ! = ! ! ! 竺= 竺! ! = = ! ! 竺竺= = ! 竺! = = = = 一 第一章引言 第一章引言弟一阜 i 西 强相互作用的量子色动力学( q c d ) 理论与w e i n b e r g s a l a m g l a s h o w 电弱相互作用 理论组合构成了基本粒子理论的“标准模型 。在该模型下，组成物质的基本粒子( 到 目前为止，实验没有发现它们内部有结构) 包含式( 1 1 ) 中的三代六昧夸克、三代轻子 及它们的反粒子。表1 1 列出了这些粒子的质量 1 】，其反粒子的质量与正粒子的质量 相同，但同位旋、电荷等量子数与正粒子相反。表中给出了描述强相作用的拉氏量中 出现的流夸克质量与夸克模型中所用的组份夸克质量。其中，组份夸克质量是描述夸 克( 反夸克) 形成束缚态强子时在强子内部的有效质量，它们是模型依赖的，此处仅列出 它们的近似值。 夸克：耋雾二；21 ( u d ) ，( 三) ，( b 亡) ， 电荷一：s 厂 ， 野嚣一。1 e 协 1 ， 电荷一： 肛下 夸克质量轻子质量 c u r r e n tc o n s t i t u e n t u1 5t o3 3m e v一3 0 0m e v 5 1e v ( 9 5 c l ) c 1 2 7 + - 0 o0 1 ；g e v ，。1 5g e v 0 1 6m e v ( 9 0 c l ) t1 7 1 2 士2 1g e v一1 8 0g e v王_ 0 的区域，关联函数可在强子层次上通过求和与该关联函数耦合的所有的强子 态唯象地得到，并利用b o r e l 变换压低算符乘积展开计算中高量纲算符的贡献以及唯象。 方面高激发态和连续态的贡献，最后得到求和规则。计算中的参数可通过计算已知强 子态的求和规则来定出，使用这些定出的的参数去研究和计算其它强子的物理量。但 是，由于关联函数的算符乘积展开中截断到某一阶带来的近似及处理唯象方面的强子 谱函数时的近似，q c d 求和规则的计算精确度是有限的，其强子质量计算的精确度一 般被认为在2 0 左右；另外，它的成功仅限于强子基态的处理，但不能进行强子激发 态性质的研究。 综上所述，由于低能强子的复杂性，格点q c d 、d y s o n - s c h w i n g e r 方程、q c d 求 和规则这些基于q c d 理论的方法在研究强子物理时都遇到了不同程度的困难，在短时 间内要解决这些困难是很不容易的。为此，抓住物理本质，定性探讨强子物理问题 成为人们寻求新方法的宗旨。从1 9 6 4 年g e l l m a n n 2 8 】和z w e i g 2 9 1 提出夸克模型， 到后来人们为对夸克模型的不断修正和改进，它成功地预言了q 重子的存在，对强子 谱、核子，核子相互作用、强子内部结构等的解释都取得了成功，因此，唯象夸克模型 是满足这种宗旨的研究强子物理非常有效的方法之一。该方法不仅可讨论强子基态， 也可以讨论激发态，且易于推广到多夸克系统和强子一强子相互作用的研究中。当前使 5 1 3x y z 新强子态的实验产生机制及能谱 用的几种主要夸克模型( 朴素的夸克模型、手征组分夸克模型、夸克蜕定域色屏蔽模 型，真空中夸克对产生模型) 的具体细节详见本文第二章中的讨论。 尽管这些唯象的夸克模型在描述强子性质方面获得了不同程度的成功，然而它们都 有各自的局限性，加上实验上的困难，强子物理中仍然存在很多悬而未决的问题，例 如：最轻的标量介子仃，k 的性质；传统的孵介子与q q q 重子之外的奇特强子态的存在 与寻找；另外，目前b e l l e 、b 妇a r 、b e s 等各大实验合作组所报到的一些新强子态性 质与夸克模型所预言的结果也有部分不一致的地方。要解决这些问题和困难，首先得 需要实验进行更为精确的测量，以保证实验结果的准确性；其次，对模型空间进行拓 展，并考虑更多的符合q c d 理论的相互作用势，根据已有的准确的实验结果，重新调 整夸克模型使用的参数。 以下几节，本文将对近几年b e l l e 、b a b a r 、b e s 等各大实验组所报到的一些含有 匝的新强子态，以及它们可能的理论解释进行回顾。