强子谱研究前沿简介

1、强子谱研究前沿简介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）什么是强子、强子谱 ？2）为什么要研究强子谱）为什么要研究强子谱 ？3）强子谱物理研究的基本问题）强子谱物理研究的基本问题4）强子谱研究的前沿热点）强子谱研究的前沿热点1）什么是强子、强子谱）什么是强子、强子谱

2、？udcstbem mt tn nen nm mn nt t电荷电荷+2/3-1/30-1夸克夸克 ( q )轻子轻子 ( l )“基本基本” ” 粒子粒子 从轻到重物质间通过力场发生相互作用传递力的粒子传递力的粒子强子：由夸克、胶子组成的，色中性的，强子：由夸克、胶子组成的，色中性的， 半径半径 BAC实验已观测到的实验已观测到的N*数目数目 A , “失踪失踪”？重子是如何构成的？ep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）强子谱研究

3、的前沿热点（1）奇特的）奇特的 q q+ “五夸克态五夸克态” （2）质子中的奇异夸克成分）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）重子激发态夸克模型的两个突出困难 （4）寻找胶球、夸克）寻找胶球、夸克-胶子混杂态、多夸克态胶子混杂态、多夸克态（1）奇特的）奇特的 q q+ “五夸克态五夸克态”Strange pentaquark q+ predicted by D.Diakonov et al.,Z.Phys.A359 (1997)305suudsduudd3231suussduusd3132First evidence from LEPS g g nK+K-nNo (

4、1520)No (1520) peak in events without a proton. M = M = 1.54 0.01 MeVG G 25 MeVGaussian significance 4.6s sT. Nakano et al., Phys.Rev.Lett. 91 (2003) 012002q q+q q+ : PDG2004 established particle M. Karliner and H. Lipkin, Phys. Lett. B 597 (2004) 309“Why the q q+ is seen in some experiments and not

5、 in others - a possible explanation”另一种可能的解释：某些实验结果不可靠。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) resultModel-independent uppper limit 95% CL for Q Q+ is 20nb.With assumptions about the

6、spectator, we can set a model dependent upper limit to the cross section of 4.1 GeV/c; p(KS0)3 GeV/c)Preliminary 233 fb-1 e e- - dataTetiana Berger-HrynovaThe story of the pentaquark shows how poorly we understand QCD. - F. Wilczek the pentaquark story will probably have come to an end for physicist

7、s but will live on as a case-history for historian and philosophers of science. F. Close Words of wisdomJorge 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,

8、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）质子中的奇异夸克成分 Classical picture of the protonPerturbative gluon-sea-quark fluctuation : u(x) =d(x) , s(x) = s(x)

9、 探测核子结构的一个主要的途径：探测核子结构的一个主要的途径： 轻子轻子-核子深度非弹散射核子深度非弹散射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 0.12Meson cloud model: | p | uud + e e1 1 | n ( udd ) + ( du ) A.Thomas, J.Speth + e e2

10、2 | D D+ ( uuu ) - ( ud ) +Meson cloud model including strangeness: | p | uud + e e1 1 | n ( udd ) + ( du ) + e e2 2 | D D+ ( uuu ) - ( ud ) + e e | (uds) K+ ( su ) + Predictions for the proton: Strange spin : D Ds 0 Strange magnetic moment : m ms 0 Strange radii : rs | uud + e e1 1 | | udud d + e e

11、2 2 | udus s + Pentaquark vs Meson Cloud 有色集团有色集团 替代替代 无色集团无色集团Suu SduduS SMultiquark components in baryons Pentaquark vs Meson Cloud Which is the correct picture ? Re-examination of many previous studied processes is necessary !P uud + e (2/3e (2/3udud d +1/3 udus s ) + d u 0.12 15% in the nucleon,

12、 ?% in N* and D D* （3）重子激发态夸克模型的两个突出困难）重子激发态夸克模型的两个突出困难 uud (L=1) - N*(1535) N N uud (n=1) + N*(1440) uds (L=1) - *(1405) 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 modelN*(1535) uud (L=1) + e

13、 e udus s + N*(1440) uud (n=1) + x x udud d + *(1405) uds (L=1) + e e udsu u + Larger udus s component in N*(1535) makes it coupling stronger to N & K , weaker to N & K, and heavier ! B.C.Liu, B.S.Zou, PRL 96(2006)042002PRL 96(2006)042002 udduquduq Sq +ududL=1q -udusL=0五夸克五夸克 - 八重态图象预言：八重态图象

14、预言： * usds s 1575 MeV * usdu d 1360 MeV * usds u 1520 MeV可被可被BES数据检验数据检验 ！*-*M2. 北京正负电子对撞机（BEPC）、北京谱仪（BES）1972.9.11 1972.9.11 周恩来总理对关于建设中国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：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

15、研究、应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该成为科学院要抓的主要项目之一。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，三代领袖尧舜禹，影响文化三千年。影响文化三千年。夸克轻子皆三代，夸克轻子皆三代，BES也需第三代。也需第三代。 李政道李政道探测器基本原理探测器基本原理 数据处理：数据处理： 快电子学 图象判选 大型快速计算机，PCFarm internet(网络） 工作站靶探测器数据采集处理子弹 成果BEPC 工作的能区：2 5.6 GeVSystemccCharmoniumTheWorld J/ and (2S)

16、Samples (106) J/ (2S)0102030405060MarkIIIDM2BESIBESII02468101214MKIMKIIMKIIICBALBESIBESII3. 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：重子谱的特殊性： 人类对重子谱的了解还非常贫乏人类对重子谱的了解还非常贫乏 Information from p, Kp experiments

17、 of 20 years ago()*107D-()*1310N-pKpK-*,*)84(&*)127(-(ssq) - Baryon Spectroscopy *Theory is totally not challenged due to lack of data !Capstick&IsgurPRD34(1986)2809KAONTRIUMF BESIIIBEPC2New Facilities for N*: CEBAFJLAB, USA ELSABonn, Germany GRAALGrenoble, France Spring8JASRI, Japan Key iss

18、ues: N*(1440) first radial excitation N*(1535) first L=1 excitation Missing N* resonances M = 1345-1470, = 160-450 MeV G M = 1495-1555, = 90-250 MeVGHybrid (qqqg), 3-quark, diquark-qCEBAFJLAB in USA0KpgKpgSAPHIRELSA (Germany)N*(1890)CBARELSAGeVEatppe6 . 24=-ggGeVEatppe2 . 34=-ggGRAALESRF in Francepp

19、gPhys. Lett. B528 (2002) 215LEPSSpring-8 in Japan NakanoPhys.Rev.Lett.91 (2003) 012002 Q Q(1540) * *(1520)*,*,*,/NBMBJ Pure isospin 1/2 and : Missing N* with small couplings to & , but large coupling to gggN : Not only N*, but also :NNNNg*,*,.,KK -ppnppppn,0., ,KpKpppppppppAdvantages: BESBEPC:So

20、me results from BESggggppJinM/0/ppJinMNH.B.Li, BES, H.C.Chiang, G.X.Peng, B.S.Zou, Nucl. Phys. A675 (2000) 189cBES, 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 )(GeV/c2KMEvents/10MeVNxNxNx)(GeV/c2-MMMKKPS, eff. corrected(Arbitrary normalization

21、)BES, Int. J. Mod. Phys. A20 (2005)N*(1535) in J/ p K- + c.c. 刘伯超刘伯超, ,邹冰松邹冰松, “, “Mass and KMass and K coupling of N coupling of N* *(1535)”, (1535)”, Phys.Rev.Lett.96(2006)042002 Phys.Rev.Lett.96(2006)042002 ( (我国第一篇我国第一篇N N* *方面方面PRL文章文章)From relative branching ratios of J/ p N* p (K-) / ) / p (

22、p) gN*K /gN*p /gN*p 1.3 : 1 : 0.6Smaller N*(1535) BW mass(1)(2)(3)Mass of N*(1535)相当令人惊讶，利用相当令人惊讶，利用J/ 强子衰变强子衰变BEPCBEPC的的BESBES被用于研究被用于研究N*谱。谱。 nucl-th/0009011Why N*(2050) peak? L=0 limits it to be 3/2+ or 1/2+A new “missing” N* ? N* in /Jpn-N*(1440)N*(1520)N*(1535)N*(1650)N*(1675)N*(1680)? N* in /J

23、pnN invariant mass / MC phase spaceBES Collaboration, hep-ex/0405030 观测到两个新的N* 共振峰 ! /Jpn-/JpnvsN*(1440): M = 1358 17 G = 179 56 N*(2050): M = 206815-40 G = 165 42J/ for * and * (BESII very preliminary)*MM-hep-ph/0106043BEPC 已被列入寻找已被列入寻找“失踪失踪”重子态的五大装置之一重子态的五大装置之一hep-ph/0311087 Summary talk at HADRON

24、2003 衰变提供了类时区域研究重子激发态的新衰变提供了类时区域研究重子激发态的新颖的视角，颖的视角，.,.,与杰弗逊实验室数据互补。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BES 有有其其独独特特之之处处： 完完善善 N*,*,*, 重重子子谱谱，导导出出 BB*耦耦合合，为为研研究究重重子子结结构构提提供供了了一一个个新新的的途途径径。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Three main

25、 physics objectives:(1) Search for glueballs and Hybrids G G( (g gG) ) G G( (g gH) ) G G( (g gMM) )(2) Study 0.3 3 GeV light quark mesonspectroscopy and their decays(3) Extract gg qq couplings 3 GeV 0.3 GeV pQCD strong QCD利用BESI（1990-1992）获取的数据， 理论和实验配合对 J/ 辐射衰变最大的几个道进行了分波分析： J/gK+K-0 Phys. Lett. B4

26、40 (1998) 217 J/g+- Phys. Lett. B446 (1999) 356 J/gK+K-+- Phys. Lett. B472 (2000) 200 J/g+-+- Phys. Lett. B472 (2000) 207 J/gK+K-+ Phys. Lett. B476 (2000) 25 胡敬亮董燎原 J/ radiative decay branching ratios (15002200): 16 10-3 (958) : 4.3 10-3 (1440) : 2.1 10-3 (1760) : 2.9 10-3 (2040) : 2.1 10-3 f2(1950)

27、 : 1.6 10-3 f2(1270) : 1.4 10-3 f2(1560) : 0.8 10-3 f2(1525) : 0.5 10-3 f0(1500) : 1.2 10-3 f0(1750) : 1.2 10-3 f0(2100) : 0.8 10-3 2(1870) : 1.0 10-30-+ puzzle E xperim ental G lu eball C andidates 2230 (2+ +) 2100 (0+ +) 1950 (2+ +) 1870 (2-+) 1800 (0-+) 1750 (0+ +) 1500 (0+ +) (T E 1)2 (T E 1)(T

28、M 1) (T M 1)23.3 J/ 到轻介子的强衰变、介子的夸克成分Three main physics objectives:(1) Search for Hybrids ( (1 1- -+ +) )K1*KKK ( (1 1- -+ +) )a14(2) Extract strange-nonstrange quark components of , KK, 4, KK, , KK, 4, KK, (3) Disfavor glueball Production-KKJ/-/Jf0(1710)NO f0(1710)-/Jf0(1790)-KKJ/?Main results from

29、XXJ,/ : 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 - he

30、avy-light quark system 4. 兰州兰州CSR强子物理展望强子物理展望 兰州兰州CSRCSR将于今年建成，将提供动能为将于今年建成，将提供动能为0.4 0.4 GeV/u(GeV/u(铀离子铀离子)- )- 1.1 1.1 GeV/u(GeV/u(碳离子碳离子) )的重离子束流和的重离子束流和 2.8 2.8 GeVGeV的质子束流。的质子束流。 既可以产生接近既可以产生接近3 3倍正常核密度的高密物质倍正常核密度的高密物质, , 又可以产生多又可以产生多 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

31、个前沿领域的研究均提供了很有利的实验条件。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（重子谱（N*、 D D* * 、五夸克、五夸克态）及双重子态的研究态）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分恢复机制的研究 K K介子的阈下产生和超核的研究介子的阈下产生和超核的研究 complimentary BES and CSR experiments J/ P K- vs vs P P P K K P & P the same t-channel interaction K- & K K the same interaction P K- for * P K+ for pentaquarksTotal cro