（理论物理专业论文）强子谱理论中奇特态的研究.pdf

中文摘要 摘要 目前，人们认为非阿贝尔规范理论量子色动力学( q c d ) 是强相互作 用的正确描写，它刻画了夸克和胶子、胶子和胶子之间的强相互作用。由 于q c d 是一个非线性的、非常复杂的理论丽且强子内部的相互作用很强，所 以从q c d 拉式量出发计算强子的性质是一个非常艰巨的任务。尽管我们对强相 互作用的认识取得很大进展，尤其是在高能标区域，但是对于中低能区域的强 相互作用我们了解的还很有限，只有我们从第一原理预言物理态的性质，并且 被实验所证实，我们才可以说是完全理解t q c d 由于很难通过严格求解q c d 来预言强子性质，我们只能借助于各种近似方 法，与q c d 联系最紧密、最被大家看好的是格点q c d ，尽管格点q c d 取得了很 大进展，但是在格点q c d d p 计算物理量需要用计算机做大量的计算，进展缓 慢。另外一种很有效、取得很大成功的方法是利用强子结构的唯象学模型刻画 强子的性质，这些模型除了预言夸克模型中的q 日介子和q q q 重- - 子外，还预言了多 夸克态、胶球、混杂态。本论文主要征对b e s 合作组和b a b a r 合作组最近发现的 新强子态，利用强子结构的唯象学模型估计这些强子态的质量、研究它的产生 和衰变性质等。 我们从手征孤立子模型和夸克模型研究t x ( 1 8 3 5 ) 的产生和衰变性 质，认为x ( 1 8 3 5 ) 是一个，加= 0 - + 。i a = o + 的b a r y o n i u m 。在此图像下， 我们预言x ( 1 8 3 5 ) 衰变到卵7 7 r ”有很大分支比，这一理论结果为b e s 合作组后 来的实验所证实。进一步我们指出x 0 8 3 5 ) 在t ( 1 s ) 一，y x ( 1 s 3 5 ) 和j 妒一 u x ( 1 8 3 5 ) 中的产生率很小，因而很难被观测到，这样很自然地解释了为什 a c l e o 合作组在t ( 1 s ) 的辐射衰变中没有观 贝4 到x ( 1 8 3 5 ) 。由x 0 8 3 5 ) 的的量子 数和b a r y o n i u m 结构得知，为了理解x ( 1 8 3 5 ) 和0 一+ 介子的多夸克结构非常有必要 从夸克模型研究q 3 日3 系统，同时还可以在该框架下考察最近发现的蕊和a 天近阈 放大效应。我们在色磁相互作用的夸克模型中严格求解t q 3 日3 系统的谱，发现 与p f 近阐放大、面近阈放大、脏近阈放大等相对应的态有较大的色磁束缚能， 所以这些态应当足够稳定以至于被现有实验观测到。色磁能量较低的态的物理 可观测效应及箕和重子反重子近阈放大效应的关系还有待进一步的深入研究。 b e s 合作组最近还在j 妒一7 r o k + 一的末态k + k 一的不变质量谱上发现 了宽共振态x ( 1 5 7 6 ) ，我们指出x ( 1 5 7 6 ) 是d i q u a r k a n t i d i q u a r kb o u n ds t a t e ，这样我 中文摘要 们可以很自然的理解x ( 1 5 7 6 ) 为什么这么宽。在此图像下应存在一个矢量丸重 态，它是大家熟知的拓量九重态( o o ( 9 8 0 ) ，1 0 ( 9 8 0 ) ，k 等) 的p 波激发。我们估计 了该九重态中每个成员的质量，在“f a l la p a r t ”衰变机制下仔细考察了它们的 衰变。它可以衰变到两个赝标介子或者个赝标介子和一个矢量介子。我们 预言除k k 末态外，x ( 1 5 7 6 ) 一却r o 也是x ( 1 5 7 6 ) 的重要衰变道，而x ( 1 5 7 6 ) 衰变 n l r + ，r 一的分支比几乎为0 ，这两个预言可以检验我们的图像、区分各种理论模 型，进一步我们指出通过, 1 砂衰变寻找该九重态中其他成员的衰变道。 除b e s 物理外，我们还研究了s a b a r 合作组最近在有初始光子辐射的e + e 一一 c f o ( g s 0 ) 过程中发现的新结构y ( 2 1 7 5 ) ，我们认为y ( 2 1 7 5 ) 是1 一奇异混杂态的理 想候选者，从流管模型和组分胶子模型估计它的质量、研究了它的衰变。硬 个模型给出的最低能量的1 奇异混杂态的质量估计与y ( 2 1 7 5 ) 的观测质量相 符，两个模型预期的衰交模式也很相近。在混杂态图像下y ( 2 1 7 5 ) 主要衰变 到凰( 1 2 7 0 ) k ，蝎( 1 4 0 0 ) k 和k ( m 0 ) k ，这一预言得到现有实验数据的支持。 为了确认y ( 2 1 7 5 ) 是混杂态还是普通q 日介子态，我们分别从3 蜀模型和流管模型 考察了2 a d l8 9 的衰变，指出实验上寻找k k ，k k ，k ( 1 4 6 0 ) k ，h i ( 1 3 8 0 ) 衰 变模式对于区分两者也很重要，2 3 d l 奇异夸克偶素倾向于衰交到以上末态，而 这些衰变模型在混杂态图像下几乎被禁戒。 强子谱是一个非常具有挑战性的问题，到目前为止q c d 理论中还没有关于 强子谱的理论，近年来各实验室发现很多新的强子态，这些强子态的结构和性 质还不清楚、存在很大争议，我们迫切需要一个从第一原理理解强子结构和强 子性质的理论和方法。此领域还有一些很难的、重大的理论问题需要回答，如 为什么至今为止实验上还没有确认一个奇特强子态。针对最新的实验迸展。我 们在这一领域散了有意义的理论探讨。我们期望强子谱研究在不久的将来能取 得重大进展。 关键词：b a r y o n i u m ，量子色动力学，s k y r m em o d e l ，相干态，色磁相互作 用，d i q u a r k ，f a l la p a r t ，混杂态，流管模型，缀分胶子模型 一 英文摘要 a b s t r a c t o u rp r e s e n tu n d e r s t a n d i n go ft h es 灯o n gi n t e r a c t i o n si st h a ti ti sd e s c r i b e d 淞t h e n o n - a b e l i a ng a u g ef i e l dt h e o r yq u a n t u mc h r o m o d y n a m i c s ( q c d ) 1 ，3 _ 6 】w h i c hd e s c r i b e st h ei n t e r a c t i o n so fq u a r k sa n dg h i o u s e v e nt h o u g hi nq c dw eh a v eat h e o r y o ft h es t r o n gi n t e r a c t i o n s ，u n f o r t u n a t e l y , c a l c u l a t i n gt h ep r o p e r t i e so fh a d r o n sf r o mt h e q c dl a g r a n g i a nh a sp r o v e nt ob eav e r yd i f f i c u l tt a s k i nt h i ss t r o n g l yc o u p l e dn o n l i n e a rt h e o r y a l t h o u g hw eh a v em a d eg r e a tp r o g r e s si nu n d e r s t a n d i n gs t r o n gi n t e r a c - t i o ne s p e c i a l l yi nt h eu l t r a v i o l e tr e g i o n ，p r o p e r t i e so fm e d i u ma n dl o we n e r g yq c ds t i l l p r e s e n tc h a l l e n g e st op a r t i c l ep h y s i c i s ta n dr e m a i nt ob eu n d e r s t o o d u m i lw e c a l lb o t h p r e d i c t t h ep r o p e r t i e so ft h ep h y s i c a ls t a t e so ft h et h e o r ya n dc o n f i r mt h e s ep r e d i c t i o n s b ye x p e d m e n tw ec a nh a r d l yc l a i mt ou n d e r s t a n dq c d b e c a u s eo ft h ed i f f i c u l t i e si ns o l v i n gq c d e x a c t l yt oo b t a i nt h ep r o p e r t i e so ft h e p h y s i c a ls t a t e so ft h et h e o r y , w eh a v er e s o r t e dt ov a r i o u sa p p r o x i m a t i o nm e t h o d s t h e m o s tp r o m i s i n go ft h e s ei sl a t t i c eq c d ( r e d e f i n et h ep r o b l e mo nad i s c r e t es p a c e t i m e l a t t i c e ) 7 - 9 】，a l t h o u g hag r e a td e a lo fp r o g r e s sh a sb e e nm a d e ，t h e s ec a l c u l a t i o n s t a k ee n o r m o u sa m o u n t so fc o m p u t e rt i m ea n dp r o g r e s sh a sb e e ns l o w al e s sr i g o r o u s a p p r o a c hw h i c hh a sp r o v e nt ob eq u i t eu s e f u la n dr e a s o n a b l ys u c c e s s f u l ，h a sb e e nt o u s ep h e n o m e n o l o g i c a lm o d e l so fh a d r o ns t r u c t u r et od e s c r i b eh a d r o np r o p e r t i e s t h e s e m o d e l sp r e d i c tm u l t i q u a r ks t a t e s ，g l u e b a l l s ，a n dh y b r i d s ，i na d d i t i o nt ot h ec o n v e n t i o n a l q r tm e s o n sa n dq q qb a r y o n so ft h eq u a r km o d e l t h i st h e s i sm a i n l yc o n c e n t r a t e so n t h et h eh a d r o n sw h i c ha r er e c e n t l yd i s c o v e r e db yt h eb e sc o l l a b o r a t i o na n d 也eb a b a r c o l l a b o r a t i o n ，m o s t l yw e u s ep h e n o m e n o l o g i c a lm o d e l so f h a d r o ns t r u c t u r et oe s t i m a t e t h eh a d r o nr i l a s s ，t os t u d yt h ep r o d u c t i o np r o p e r t i e sa n dd e c a yp r o p e r t i e sa n ds o0 1 1 w eh a v es t u d i e dx ( 1 8 3 5 1f r o mb o t ht h ec h i r a ls o l i t o nm o d e la n dt h eq u a r km o d e l ， w ep r o p o s ex ( 1 8 3 5 ) i sab a r y o n i u mw i t hq u a n t u mn u m b e rj p c = 0 一+ 。i g = 0 + ， i nt h i sp i c t u r e ，w ep r e d i c tx ( 1 8 3 5 ) h a v el a r g eb r a n c hr a t i oi n t o 7 r 仃，w h i c hh a sb e e n v e r i f i e db ye x p e r i m e n t m o r e o v e lt h es m a l lp r o d u c t i o nr a t eo fx ( 1 8 3 5 ) i nt ( i s ) _ 悄( 1 8 a s ) a n dj 妒d x ( 1 8 3 5 ) c a r lb eu n d e r s t o o d b o t ht h eq u a n t u mn u m b e r a n d t h eb a r y o n i u ms t r u c t u r es u g g e s tu st os t u d yt h eq 3 酽s y s t e mi no r d e rt ou n d e r s t a n d n a t u r eo f x ( 1 8 3 5 ) ，a sab y p r o d u c tb o t ht h ep aa n da ae n h a n c e m e n t sa r ec o n s i d e r e di n t h es a m ef r a m e w o r k w ee x a c t l yc a l c u l a t et h es p e c t r u mo fq 3 酽i nq u a r km o d e lw i t h 一一 英文摘要 c o l o r m a g n e t i ci n t e r a c t i o n 。w ef i n dt h a tt h es t a t e sc o r r e s p o n d i n gt ot h e 帮e n h a n c e m e n t ， p ae n h a n c e m e n t ，a ae n h a n c e m e n t ，h a v er a t h e rl a r g en e g a t i v ee o l o r m a g n e t i ce n e r g y t h i si n d i c a t e st h a tt h e s es t a t e ss h o u l db ev i s i b l ei ne x p e r i m e n t s t h et e l a t i o nb e t w e e n t h el o w e re n e r g ys t a t e sa n dt h eb a r y o n - a n t i b a r y o ne n h a n c e m e n t sn e , e d st ob es t u d i e d f u r t h e r t h eb e sc o l l a b o r a t i o na l s or e p o r t e da ne x t r e m e l yb r o a ds i g n a lx ( 1 5 7 6 ) i nt h e k + k i n v a r i a n ti n a s ss p e c t r u mi nt h ej | 1 _ 铲k k c h a n n e l w ep r o p o s e x ( 1 5 7 6 ) i sad i q u a r k - a n t i d i q u a r kb o u n ds t a t e ，t h e nt h el a r g ew i d t hc a nb en a t u r a l l y u n d e r s t o o d i nt h i ss c h e m et h e r ee x i s tav e c t o rn o n e ts i m i l a rt ot h ef a m o u ss c a l a r n o n e t ( 0 0 ( 9 8 0 ) ，o ( o s 0 ) ，ke ta 1 ) ，t h em a s s e so fm e m b e r so ft h en o n e ta r ee s t i m a t e d , t h ed e c a yo ft h en o n e ti sa n a l y z e di nd e t a i l ，i tc a nd e c a yi n t ot w op s e u d o s c a l a r so fo n e p s e u d o s c a l a ra n do n e v e c t o rm e s o n ，w ep r e d i c tt h a tx ( 1 5 7 6 ) a l m o s t c a nn o td e c a yi n t o r + 7 r 一，a n da n o t h e rf a v o r e dd e c a yc h a n n e lx ( 1 5 7 6 ) _ i 一i ss u g g e s t e d ，w h i c ha l e c r u c i a lt e s t so fo u rs c h e m e ，c a l ld i s t i n g u i s hd i f f e r e n tm o d e l s f u r t h e r m o r e ，j l d e c a y c h a n n e l st os e a r c ho t h e rm e m b e r so ft h en o n e ta r es u g g e s t e d t h eg o o dr s t r a n g e o n i u mh y b r i dc a n d i d a t ey ( 2 1 7 5 ) i ss t u d i e di nd e t a i lf r o m b o t ht h ef l u xt u b em o d e la n dt h ec o n s t i t u e n tg l n o nm o d e l ，w h i c hi so b s e r v e di n e + e 一_ 妒a 8 0 ) w i t hi n i t i a ls t a t er a d i a t i o n t h em a s se s t i m a t e si nb o t hm o d e l s s u p p o r ty ( 2 1 7 5 ) s h o u l db eas t r a n g e o n i u mh y b d d ，a n dt h ed e c a yp a t t e r ni sv e r ys i m i l a r i nb o t hm o d e l s y ( 2 1 7 5 ) m a i n l yd e c a y si n t ok 1 ( 1 2 7 0 ) k ，厩( 1 4 0 0 ) ka n dk + ( 1 4 1 0 ) k i nh y b r i ds c h e m e ，w h i c hi ss u p p o r t e db yt h ep r e s e n te x p e r i m e n t a ld a t a f u r t h e r m o r e 2 3 d 1s t r a n g eq u a r k o n i u mi si n v e s t i g a t e di no r d e rt oc o n f i r mw h e t h e ry ( 2 1 7 5 ) i sae x - o t i ch y b r i ds t a t eo rac o m m o n 诵s t a t e , a n dt h ee x p e r i m e n t a ls e a r c ho f t h ed e c a ym o d e s k k ，k k 。k ( 1 4 6 0 ) k ，h , ( 1 3 8 0 ) ，7 i ss u g g e s t e d t o d i s t i n g u i s h t h e t w o p i c t u r e s 。w h i c h a r ef a v o r e di n2 3 d 1 丽p i c t u r e h o w e v e ra r es u p p r e s s e di nt h eh y b r i ds c h e m e h a d r o ns p e c t r u mi sav e r yd i f f i c u l tp r o b l e m ，a n dt h e r ei sn o t h e o r yo fs p e c t r u m ” i nq c d 。u n d e r s t a n d i n gt h eh a d r o ns t r u c t u r ea n dh a d r o np r o p e r t i e sf r o mf i r s tp r i n c i p l e i se s p e c i a l l yd e m a n d e d ，s i n c em a n yn e wh a d r o n sh a v eb e e no b s e r v e di nr e c e n ty e a r s t h e r ea r es o m ei m p o r t a n t , v e r yd i f f i c u l tp r o b l e m sn e e dt ob ea n s w e r e d ，s u c ha st h e a b s e n c eo fe x o t i c s ，w ee x p e c tg r e a tp r o g r e s si nh a d r o ns p e c t r u mi nf u t u r e k e yw o r d s ：b a r y o n i u m ，q c d ，s k y r m em o d e l ，c o h e r e n ts t a t e ，c o l o r m a g n e t i ci n t e r - 一i v 英文摘要 a c t i o n 。d i q u a r k ，f a l la p a r t , h y b r i d ，f l u xt u b em o d e l ，c o n s f t u t eg l u o nm o d e l v 一 插图 插图 1 1 强相互作用耦合常数- o ( q ) 随能标的跑动1 1 3 】 3 2 1 ( a ) j 妒一仲乒过程中近阈放大效应事例数随 一2 b 的分布。 图中虚线是背景事例数，点线是接受度随印不变质量的变 化。( b ) 事例数以q 0 口为权重随 锄一2 的分布，这里q 是在印静 止系中质子的动量，q 0 是当朋品= 2 g e v c 2 时质子在印静止系中 的动量1 1 2 2 s k y r m i o n 。a n t i s k y r m i o n 相互作用势( 2 2 7 ) 式中各项的系数，耽“= 1 6 1 和各条曲线的对应如下；v l ( r ) - - - s o l i dl i n e ，v 2 ( r ) - - - d a s h e d l i n e ，1 ) 3 ( r ) d o t 沱dl i n e ，1 0 v , ( 弼d a s h - d o t t e dl i n e ，1 0 r s ( r ) - - - d a s h d o t d o t t e dl i n e 1 0 v 6 ( r ) - - - s h o r td a s h - d o t t e dl i n e 1 8 2 3 中心势谨陪。随距离r 的变化，实线是不考虑态混合效应的结 果，虚线是用微绕论考虑态混合的结果，虚线双点化线是 最小s k y r m em o d e l q b 不考虑态混合的结果【3 4 ，虚线一点化线 是b r y a n p h i l l i p s 势，点线是n 日m e g 锄势2 l 2 4中心势v z - 1 对距离的依赖，各条曲线的标记和图2 3 相同2 2 2 5 自旋自旋势1 哆= o 随距离冗的变化，各条曲线的标记和图2 3 相同2 2 2 6 旋自旋势v ? 。1 ，各条曲线的标记和图2 5 相同2 3 2 7 张量势泸o ，各条曲线的标记和图2 3 相同2 3 2 8 张量势v ，各条曲线的标记和图2 7 相同，2 4 2 9 妒一w x ( 1 8 3 5 ) 一坤衰变机制示意图，一对j p c = o + + 的夸克 反夸克对从真空中产生3 3 2 1 0j 妒一“，7 ，衰变机制示意图( a ) 一对j 粥= 0 + + 的夸克反夸克从真 空中产生；( b ) 没有夸克对真空产生3 4 2 1 1 赝标b a r y o n i u m 八重态对应的权图，3 7 2 1 2 矢量b a r y o n i u m 八重态对应的权图3 8 一v i 一 插图 3 1 s u ( 6 ) 。群的直积分解( i ) 7 0 。固丽也= 3 6 7 5 。0 4 0 5 。02 8 0 。o 2 8 0 03 5 。0 1 8 9 。, 03 5 。0 1 。；( i i ) 7 0 。o5 6 。= 3 2 0 0 。$ 4 0 5 。, 0 2 8 0 。, 0 3 5 。；( i i i ) 7 0 a 圆2 0 ；8 9 6 , = 0 2 8 0 a 0 1 8 9 。o 3 5 。；( i v ) 5 6 。o 趸酤= 8 4 0 。0 2 8 0 。；( v ) 5 6 。圆丐瓦= 2 6 9 5 。o 4 0 5 e , 0 3 5 a 0 1 。；( v i ) 2 0 。0 2 0 = 1 7 5 。0 1 8 9 。0 3 5 a 0 1 。7 1 3 2 s u ( 3 ) i 的直积分解( i ) 8 i o 两，= 一3 5 1 0 2 7 1 e 8 ，0 丽，；( i i ) 1 0 t o 1 0 e = 6 4 f 0 2 7 f 0 8 r 0 1 f 7 l 3 3 ( q a ) 一( - 3 ) 组态，其中灰色的圆圈代表夸克，红色的圆圈代表反 夸克7 3 3 4 ( q 2 _ ) 一( q 铲) 组态，其中灰色的圆圈代表夸克，红色的圆圈代表 反夸克一7 5 4 1 矢量九重态x 对应的权图7 7 4 2 ”f a l l a p a r t 衰变机制：四夸克态重新组合成两个普通介子8 l 5 1 1 - - 奇异混杂态的各衰变分宽度随混杂态质量的变化9 4 5 2 1 - - 奇异混杂态的总衰变宽度对混杂态质量的依赖9 4 5 3 1 - - 奇异混杂态的各衰变分宽度随混杂态的谐振子参数以的变化9 4 5 41 - - 奇异混杂态的总衰变宽度随混杂态的谐振子参数以的变化9 4 5 5 不同质量对应的1 奇异混杂态的衰变宽度，1 0 1 5 61 一“胶子激发”的奇异混杂态衰变 到k i ( 1 2 7 0 ) k ，硒( 1 4 0 0 ) k ，k ( 1 4 1 0 ) k 的分宽度随混杂态 质量的变化1 0 1 5 7 l - - 0 。1 。2 的“夸克激发”的混杂态和“胶子激发”的混杂态的总宽 度对谐振子参数砧的依赖，1 0 1 5 8 1 一胶子激发” 的奇异混杂态衰变 到尬0 2 7 0 ) k ，k 1 0 4 0 0 ) kk ( m 0 ) k 的分宽度随谐振子 参数风的变化1 0 1 5 9 y ( 2 1 7 5 ) 一毋o ( 9 8 0 ) 的衰变机制示意图，这里认为y ( 2 1 7 5 ) 是一 个l 奇异混杂态，f o ( 9 8 0 ) 是四夸克态。，1 0 2 5 1 03 p o 模型中y ( 2 1 7 5 ) 作为23 d l 奇异夸克偶素衰变的各分宽度 随y ( 2 1 7 5 ) 的谐振子参数觑的变化，1 0 5 5 1 l3 蜀模型中y ( 2 1 7 5 ) 作为23 d l 奇异夸克偶素衰变的总宽度 随y ( 2 1 7 5 ) 的谐振子参数以的变化，1 0 5 一_ i ) ( 一 插图 5 1 23 p 0 模型中y ( 2 1 7 5 ) 作为23 d l 奇异夸克偶素衰变的各分宽度 随y ( 2 1 7 5 ) 的质量慨的变化，1 0 6 5 1 33 昂模型中v ( 2 1 7 5 ) 作为23 d l 奇异夸克偶素衰变的总宽度 随y ( 2 1 7 5 ) 的质量地的变化1 0 6 5 1 4 流管模型模型中y ( 2 1 7 5 ) 作为23 d 1 奇异夸克偶素衰变的各分宽度 随y ( 2 1 7 5 ) 的谐振子参数以的变化1 0 8 5 1 5 流管模型模型中y ( 2 1 7 5 ) 作为23 d 1 奇异夸克偶素衰变的总宽度 随y ( 2 1 7 5 ) 的谐振子参数以的变化1 0 8 5 1 6 流管模型模型中y ( 2 1 7 5 ) 作为2a d l 奇异夸克偶素衰变的各分宽度 随y ( 2 1 7 5 ) 的质量m a 的变化1 0 8 5 1 7 流管模型模型中y ( 2 1 7 5 ) 作为23 d 1 奇异夸克偶索衰变的总宽度 随y ( 2 1 7 5 ) 的质量m a 的变化1 0 8 一x 一 袭格 表格 2 1 扩充的最，b s k y 册em o d e l 给出的单个重子的静态性质，为了比较 方便，最小s k y r m em o d e l 的理论结果【3 2 】及相应物理量的实验观 测值也列在表中。，1 6 2 2 不同的谐振子参数口和触对应的珏餮秀兰i 筝产这里夸克质量取 为m 。= m d = 0 3 1 g e v ，3 6 3 1 q 3 集团允许的态和它的色磁相互作用能量6 4 3 2 ( q 3 ) 一( 译) 组态的谱和相应态的质量劈裂，6 5 3 3 q 强( 或q - 2 ) 集团允许的态和它们的色磁能量，颜色处在3 。表示 或季。表示的态没有列出6 7 3 4 ( q 2 动一( q 铲) 组态的谱和相应的质量劈裂( 色磁相互作用能量) 6 8 3 5 9 3 矿系统可能处在的s u ( 6 ) 。的不可约表示，s u ( 6 ) 。的不可约表示 向s u a 3 ) ps u 。( 2 ) 的分解及其它的二阶卡西米尔算子的本征值，7 2 3 6 表3 5 的继续7 3 3 7 q 3 - 3 系统允许的态及其色磁相互作用能量，互为电荷共轭的两个 态的色磁能量相同，在下表中没有列出其中一个态。，7 4 4 1 九重态x 衰变到两腰标介子的衰变公式( 4 1 7 ) 中的系数因子c k 。a 马8 2 4 2 九重态x 衰变到一个赝标介子和一个矢量介子的衰变公式( 4 2 2 ) 中 的系数因子d x 。p v ，一，8 5 5 1 流管模型中1 一的奇异混杂态的衰变模式和对应宽度9 3 5 2 组分胶子模型中1 夸克激发“的奇异混杂态的衰变，这里宽 度以m e v x a 。为单位，q c d 耦合常数o 。在非微扰区域应该和l 处 于同量级1 0 0 5 3 纽分胶子模型中1 一“胶予激发“的奇异混杂态的衰变，这里宽 度以m e v x a 。为单位，q c d 耦合常数在非微扰区域应该和l 同 量级1 0 0 一一 表格 5 43 p o 模型和流管模型给出的2 3 d 。奇异夸克偶素的衰变，衰变宽度 以m e v 为单位，这里我们选取卢= o 4 g e v ，以= 0 3 5 g e v ，有星 号的振幅在谐振子波函数近似下严格为o ，3 p 0 模型和流管模型给 出的某些衰变道的宽度差别较大，这是由于奇异夸克与u 。d 夸克的 质量差和节点效应造成的1 0 4 一x 一 第璋鼍予色动力学及其性质 第一章量子色动力学及其性质 “我们必须知道，我们必将知道” f j j 吼d a v i d ，1 8 6 2 1 9 4 3 量子色动力学( q c d ) 被人们公认为是强作用的标准理论，特别是渐进自 由( a s y m p t o t i cf r e e d o m ) 性质的发现。量子色动力学成功地解释了许多实验现 象，尤其是在紫外区域q c d 非常成功，在这一区域强作用的耦合常数小，人们 可以利用微扰论处理强相互作用，并且发展了一些系统的强有力的工具( 如算 符乘积展开等) 来处理强相互作用，q c d 的一些重要性质被人们发现并且被实 验验证( 如深度非弹中的标度破坏等) 。尽管在认识强相互作用方面人们取得 了很大的进步，但是强作用远远没有被人们完全认识清楚，中低能标q c d 的 性质仍然没有教人们很好地认识。主要是因为微扰论在低能标区域不再适用， 除了格点q c d 9 f ，至今还没有有效的解析的办法来处理此能标区域的强相互作 用。2 0 0 4 年诺贝尔奖获得者d a v i d j g r o s s 很好的说明了这一现状【1 0 1 ： a tl a r g ed i s t a n c e sh o w e v e r p e r t u r b a t i o nt h e o r yw a su s e l e s s i n f a “e v e nt o a a y a f t e rn m e 耙e ny e a r so f s t u a yw es t i l ll a 吐r e l i a b l e , a n a l y t i ct o o l s f o rt r e a t i n gt h i sr e g i o n 矽q c d t h i sr e m a i n so n eo ft h em o s ti m p o r t a n t , a n dw o e f u 缈n e g l e c t e d , a r e a so f t h e o r e t i c a l p a r t i c l e p h y s i c s 至今研究低能q c d 物理性质的唯一可靠的方法是非淬火格 点q c d ( u n q u e n c h e dl a t t i c eq c d ) ，但是这一方法需要做大量的数值积分， 即使利用蒙特卡洛算法完成这些积分，我们也需要采取一些近似才能在当今的 计算能力下得到很有限的有意义的结果。近年来格点q c d 取得很大发展，很多 理论工作者将理论预言与格点q c d 的结果比较，但是由于计算能力的限制，格 点q c d 只能给出很有限的强子性质。如何从第一原理出发来解释有关强子性质 的实验数据仍然是一个悬而未决的重大难题，通过建立各种基于q c d 动力学的 唯象学模型是解决这一难题的常用的、流行的手段这些唯象学模型与q c d 有 者非常紧密地联系，蕴含t q c d 的主要特征 实验上积累了大量的有关强子性质的实验数据，这些实验数据也在不断的 更新，而且新的实验现象不断被人们发现，强子性质的研究因此也成为人们一 第一章量子色动力学及其性质 直关注的课题。强子性质的研究包罗万象，内容十分丰富，它包括强子的谱理 论、强子的衰变常数、电磁形状因子及辐射跃迁等等。研究方法也多种多样， 例如：格点q c d 、求和规则( q c ds u mr u l e ) 、有效理论( 重夸克有效理论和 手征微扰论等) 、夸克模型、手征孤立子模型等等。本论文的动机就是从各种 唯象学的模型出发来研究实验上发现的奇特强子的性质，并且给出实验上可以 检验的预言。下面对q c d 的最重要的性质作一简略介绍，如渐进自由、色禁闭 及手征对称性自发破缺 1 1 夸克，颜色量子数和渐进自由 1 9 世纪6 0 年代很多新的粒子相继被发现，各种关于强子结构和分类的模型 涌现出来，例如f e r m i y a n g 模型、坂田模型及夸克模型，夸克模型成功地解释 了实验现象，并且随着q c d 的建立和发展，不断的被补充发展成为现今研究 强子性质的强有力的工具。g e l l m a n n 和z w e i g 认为介子由1 个夸克和1 个反夸克 组成，而重子由3 个夸克组成。到目前为止，大家普遍认为自然界中存在6 种 不同种类的夸克( 6f l a v o r s ) ：u ( u p ) ，d ( d o w n ) ，s ( s t r a n g e ) ，c ( c h a r m ) ， b ( b o t t o m ) 和t ( t o p ) ，它们是带有分数电荷的费米子( u p ，c h a r m 和t o p 夸克 带；e 的电荷，而d o w n ，s t r a n g e 和b o t t o m 夸克带一；e 的电荷) 。尤其值得强调 的是夸克带有色荷，这一重要特性是由g r e e n b e r g 【2 】于1 9 6 4 年及h a n 和n a m b u 【3 】在1 9 6 5 年发现的。一个夸克和一个反夸克组成一个色单态的介子，同理三个 夸克组成色单态的重子，色量子数不能被直接观测到 在量子电动力学中，光子是电磁相互作用的传递者；而在量子色动力学 中，胶子是强相互作用的传递粒子。这两个理论之间最大的差别在于胶子还带 有色荷，所以胶子之间存在自相互作用，而光子之问没有自相互作用。这一 特性增加t q c d 的复杂性，同时也导致t q c d 的另一非常重要的性质一渐进自 由( a s y m p t o t i c f r e e d o m ) 。渐进自由简单地说：在短距离( 大的能量传递) ， 强相互作用的耦合常数变小。渐进自由是g r o s s ，w i l c z e k 【4 】和p o l i t z e r 【5 】试图 解释深度非弹实验时提出。深度非弹试验最早是在s l a c 完成的，该实验利 用2 0 g e v 的电子束轰击氦核同时测量大角散射的的散射截面，此试验与著名 的卢瑟福散射实验很相似，但是能量更高。该实验表明质子内部存在点状 结构，b j o r k e n 【“j 和f e y n m a n 1 2 为了解释试验现象引入部分子模型( p a t t o n m o d e l ) ，他们认为质子是一个有部分子组成的“松散“的束缚体系，这些 部分子包括带电荷的夸克、反夸克和中性的胶子。当一个夸克( 或反夸克) 一2 一 第一章量子色动力学及其性质 被高能量的电子撞击时，它们可以发生电磁相互作用。使得该夸克逃离质 子最终强子化为普通的强子。部分子模型