Bs1和Bs2介子的衰变以及重介子的可能束缚态研究

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低能标下的强相互作用无法直接应用量子色动力学(QCD)解析地处理,所以模型方法就显得格外重要。夸克模型(包括势模型)很好地描述了实验上已发现的基态普通强子的许多低能性质;依靠夸克模型,激发态强子能很好地进行分类,它们的一些性质也可以用夸克模型来说明。然而,近十年来,人们在粲夸克偶素谱的阈上部分发现了大量所谓的类粲偶素态(charmonium-like state)。这些态中的大部分的质量似乎与传统势模型的预言不一致,从而使夸克模型遇到了严重的挑战。本文的研究内容包括两部分:第一部分是关于新发现的两个普通重介子衰变性质的研究,第二部分是关于重介子可能束缚态问题的研究。  由一个重夸克和一个反轻夸克组成的重介子是比较特殊的体系。这种体系同时具有近似的手征对称性和重夸克对称性,其质量谱在按照味道SU(3)群表示进行分类的同时还形成了一系列近似简并的双重态,因而处理起来比较简单。2008年,CDF实验组报道了具有P波激发的Bs介子Bs(5830)和Bs(5840)。按照重夸克有效理论的分类,它们属于轻自由度je=3/2、自旋分别为J=1和J=2的T双重态。我们分别用组分夸克介子(CQM)模型和3Po夸克对产生模型计算了这两个态的半轻子衰变宽度和强衰变宽度。对于强衰变,除了两体开道衰变宽度外,我们还估计了通过中间标量介子σ和fo(980)发生三体衰变的宽度。结果发现,Bs1的两体和三体的衰变宽度分别不超过6 keV和3 keV,由此估计Bs1的总宽度大约是10 keV;Bs2的三体衰变宽度不到两体的十分之一,因此可以忽略,最后估计其总宽度约为300 keV。Bs1(Bs2)→Ds(Ds*)eν勿的衰变宽度的数量级为10-9keV,Bs1(Bs2)→Dso(Ds1*)eν的宽度比前者小5个数量级。结合上述结果,我们得到Bs1的半轻子衰变分支比为10-10~10-9,遗憾的是,这个结果超出了现有的实验观测条件,因此目前还不能通过研究Bs1和Bs2的半轻子衰变来澄清关于Ds(2317)和Ds(2460)的夸克组分是什么的争论。作为附加结果,我们也给出了尚未发现的另两个P波激发态Bs0以及Bs1的半轻子衰变宽度,它们的数量级在10-9~10-8keV。这些研究有利于人们更好地认识BK和DK阈附近的一些新发现的态,也将有利于人们进一步验证和发展组分夸克模型。  在重夸克偶素方面,世界上几个大实验组如Belle、Babar、DO、CDF以及BESⅢ等近几年取得了很大的进展。人们不仅找到了一些夸克模型早就预言过的普通强子态,同时也发现了一些新的所谓“XYZ”类粲偶素态,它们中的大部分都不能在传统的夸克模型预言的质量谱中找到位置。因此对这些新强子态的本质的认识引起了激烈争论。特别是2003年由Belle最先报道的X(3872),其夸克成分至今还没有一个令人满意的解释。考虑到很多类粲(底)偶素态的质量在两个重介子的质量阈值附近,不少研究者建议诸如X(3872)、Zb(10610)、Zb(10650)等可能具有分子态的夸克构造。这样就引出了一个基本的问题:两个重介子间是否有足够的强相互作用力将它们束缚在一起以形成这种松散结构?类似的问题也存在于两个核子之间,并且核物理中的氘核以及大量其他原子核的存在对此问题给了一个肯定的回答。但是从到目前为止的所有实验结果来看,我们还没有找到任何由介子构成的束缚态,这说明详细考察介子之间的相互作用是一个基本而重要的问题。因此,我们系统地考察了重介子的基态Da和Da*(对于含b夸克的重介子是Ba和Ba*,a=u,d,s)通过交换轻介子得到有效作用势,从而形成浅束缚态的可能性。在重夸克极限下,赝标重介子Da和矢量重介子Da*组成了简并二重态Ha,这些二重态同时也是轻夸克味道SU(3)群的基础表示,因此可能的分子态[HH]的群表示按照3☉3=1☉8进行约化,形成了味道单态和八重态。从满足重夸克对称性的拉氏量出发,通过计算单玻色子交换过程的振幅,我们得到了DD、DD*、D*D*三种类型的可能分子态的有效势。这些有效势同时包含了赝标量介子、矢量介子以及标量介子σ交换的贡献。利用求得的有效势,我们求出了定态SchrSdinger方程的数值解,找到了若干束缚态解并得到了这些解对应的束缚能、波函数和均方根半径。据此,我们定性分析了各个束缚态在实际中存在的可能性,做出了一些定性判断。此外,我们也找到了若干第一径向激发态,并且由此确定了有效势中的截断参数A的合适值应该在1~2 GeV,这个结论与以前核力研究中核子有效势的截断参数取值大致相当。基于上述结果,我们对一些新强子态,如X(3872)、Zb(10610)、Zb(10650),作为分子态的可能性进行了分析。结果表明,Zb(10610)和Zb(10650)可以作为分子态很好的候选者;至于X(3872),得到的数值结果还不够稳定,再加上计算中也没有包括同位旋破缺效应,暂时还不能作出明确的结论。特别地,我们的研究中包括了对DD*和D*D*型分子态的S-D混合的完整处理,对激发态的考察也是以前关于分子态研究的文献中很少提及的。
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