重味强子间的相互作用与重味强子分子态的谱学

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奇特强子态在强子谱学中具有独特的地位,对奇特强子态的研究不仅为揭示强子结构提供了新见解,而且为理解量子色动力学的非微扰行为提供了重要信息。所以,奇特强子态的研究是强子物理的前沿课题。过去二十年来,实验物理学家发现了越来越多的类粲偶素、隐粲五夸克态和双粲四夸克态,这促使人们在理论上对奇特强子态进行广泛的讨论。由于一系列X/Y/Z/Pc/Pcs/Tcc+态的质量靠近两个相应强子的阈值,这些奇特强子态很自然地被解释为重味强子分子态。在本论文中,我们首先回顾了奇特强子态的研究背景及其相关的实验与理论研究现状,主要关注实验上发现的X/Y/Z/Pc/Pcs/Tcc+态。随后,我们介绍强子分子态、单玻色子交换模型以及有效拉氏量方法的相关知识。在接下来的章节中,我们着重研究重味强子间的相互作用与重味强子分子态的谱学,在具体计算中考虑S-D波混合效应与耦合道效应。首先,实验发现的一系列质量较高的类粲偶素和2019年BESIII实验组宣布的未来实验计划都表明实验上对寻找质量大于4.5 GeV的类粲偶素已经成为了热点问题。考虑到类粲偶素与隐粲分子态类型四夸克态的密切关系,我们研究质量在4.5~4.7 GeV的S-波隐粲隐奇异分子态类型四夸克态候选者,它们由H二重态粲奇异介子与T二重态反粲奇异介子组成。此外,由于弱衰变过程Λb→Pc+K和B→XYZ+K之间存在很大的相似性,并且实验上发现的三个Pc态可以解释为隐粲分子态类型五夸克态,所以我们确信B → XYZ+K可以作为寻找隐粲分子态类型四夸克态的理想过程。在过去多年,虽然实验上在B介子弱衰变过程发现了大量的类粲偶素,但是目前为止我们没有明确地确定一个隐粲分子态类型四夸克态候选者。通过比较在B介子弱衰变过程寻找类粲偶素的实验数据和S-波D(?)/Ds(?)s构型分子态的谱学与两体隐粲衰变道,我们可以在B→XYZ+K过程的实验数据中发现隐粲分子态类型四夸克态存在的一系列可能迹象,我们强烈期望未来实验尤其是LHCb、Belle II和BESIII实验组可以用高精度的实验数据检验我们的理论预言。其次,在面对隐粲五夸克态的研究现状时,我们自然期望在强子谱学中存在隐粲分子态类型五夸克态家族,它可以由一系列质量更高和奇异夸克数不同的隐粲分子态类型五夸克态组成。因此,我们从S-波Bc*(?)相互作用、Ξc’,*(?)s*相互作用和Ωc*,(?)s*相互作用的角度系统地研究各种构型的隐粲分子态类型五夸克态候选者,这里Bc*=Λc/∑c*和(?)=(?)/(?)2*,与此同时我们也讨论这些可能的隐粲分子态类型五夸克态的两体强衰变行为。通过这一系列工作,我们能够为未来实验寻找这些新构型的隐粲分子态类型五夸克态提供重要的理论建议,实验上对它们的寻找也是对实验发现的Pc/Pcs态的强子分子态解释的重要检验。此外,我们关注双粲重子与T二重态粲介子间的S-波相互作用,并且预言S-波ΞccD1/ΞccD2*构型的三粲分子态类型五夸克态候选者。最后,2021年LHCb实验组在D~0D~0π+不变质量谱上发现了一个新的结构Tcc+,并且这个共振态可以被解释为同位旋标量JP=1+的DD*分子态,这为我们构建双粲分子态类型四夸克态家族提供了很好的契机。因此,我们系统地研究一系列S-波HT/TT构型的双粲分子态类型四夸克态候选者,并且分析这些可能的双粲分子态类型四夸克态的衰变行为,由此得到的理论信息可以为未来实验上寻找双粲分子态类型四夸克态提供帮助。希望我们的工作可以为重味强子分子态家族的构建发挥重要作用,并且可以促进实验上对重味强子分子态的寻找。随着高精度实验数据的不断积累,理论物理学家和实验物理学家对这些新类型的重味强子分子态的研究是有趣而且重要的课题,其中必定充满各种机遇与挑战。此外,我们期望未来其它的理论工作能够通过不同的研究方法或从不同的角度对这些新类型的重味强子分子态作进一步讨论。这些研究不仅可以使我们对重味强子分子态的理解更加深入,而且可以为未来实验用高精度实验数据寻找重味强子分子态提供重要的信息。
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