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多夸克强子态研究

多夸克强子态研究. 报告人：吴佳俊 指导老师：邹冰松研究员 单位：中国科学院高能物理研究所. 交叉学科理论研究中心 中国科学技术大学 2012 年 6 月. 目录. 背景介绍 多夸克重子态研究 a. 寻找五夸克模型预言的 S * (1/2 - ) ； b. ` p p a ` p n p + 研究； c. 超重 N* 和 L * 预言。 多夸克介子研究 a. a0(980)-f0(980) 混合； b. Triangle Singularity （ TS ）机制。 小结. 背景介绍. 夸克. 规范玻色子. 轻子.

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多夸克强子态研究

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  1. 多夸克强子态研究 报告人：吴佳俊 指导老师：邹冰松研究员 单位：中国科学院高能物理研究所 交叉学科理论研究中心 中国科学技术大学 2012年6月

  2. 目录 • 背景介绍 • 多夸克重子态研究 a. 寻找五夸克模型预言的 S*(1/2-) ； b. `p p a`p n p+研究； c. 超重N*和L*预言。 • 多夸克介子研究 a. a0(980)-f0(980) 混合； b. Triangle Singularity（TS）机制。 • 小结

  3. 背景介绍 夸克 规范玻色子 轻子

  4. △- △0 △+ △++ n p 0 *- *+ 0 + - 0 *- *0 - 0 - 介子：(q`q) 重子：(q q q) K0 K+  + 0 - ’ K- K0 Jp=0- Jp=1/2+ L = 0 K*0 K*+ + 0  -  K*- K*0 Jp=3/2+ Jp=1-

  5. 背景 • 两夸克模型成功解释了赝标介子和矢量介子空间基态能谱；三夸克模型成功解释了重子八重态和十重态的空间基态能谱。 • 虽然三夸克模型对基态重子的质量描述很好，但是由实验得到的质子中正反夸克的分布，奇异磁矩却显示简单的三夸克模型不能准确描述质子的内部成分，海夸克在其中起了重要作用。 • 对于激发态能谱，简单的两夸克模型和三夸克模型都不能较好描述。即使是质量最低的激发态，都存在很多困难。 质量倒置问题；标量介子能谱…

  6. 目录 • 背景介绍 • 多夸克重子态研究 a. 寻找五夸克模型预言的 S*(1/2-) ； b. `p p a`p n p+研究； c. 超重N*和L*预言。 • 多夸克介子研究 a. a0(980)-f0(980) 混合； b. Triangle Singularity（TS）机制。 • 小结

  7. 质量倒置问题 三夸克模型 N*(1440) ~ uud (L=0，n=2) N*(1535) ~ uud (L=1，n=1) L*(1405) ~ uds (L=1，n=1) N. Kaiser, P. B. Siegel, and W. Weise, PLB 362,23 (1995). Jido, Oller, Oset, A. Ramos, Meissner, NPA725, 181 (2003). J. P. Liu Z. Phy. C 22 171(1984) 分子模型 `S N*(1440)~ Ns N*(1535) ~ KS-KL L*(1405) ~ KN-Sp u S u d 五夸克模型 C. Helminen and D. O. Riska, NPA699, 624 2002. S. L. Zhu, etc. High Energy Phys. Nucl. Phys. 29, 250 2005. B. S. Zou, EPJA35, 325 2008. u S N*(1440)~ [ud][uq]`q N*(1535) ~ [ud][us]`s L*(1405) ~ [ud][sq]`q `S u d

  8. 目录 • 背景介绍 • 多夸克重子态研究 a. 寻找五夸克模型预言的 S*(1/2-) ； b. `p p a`p n p+研究； c. 超重N*和L*预言。 • 多夸克介子研究 a. a0(980)-f0(980) 混合； b. Triangle Singularity（TS）机制。 • 小结

  9. 三夸克模型和五夸克模型的预言对比： L* [us][ds]`s ~ 1575 MeV S* [us][du]`d ~ 1360 MeV X* [us][ds]`u ~ 1520 MeV Jp=1/2-

  10. 寻找 五夸克模型预言的S*(1/2-) • 70年代的实验数据: K-p→Lp+p- • 新世纪的实验数据: γn → K+Σ*- (LEPS 2009) J. J. Wu, S. Dulat, B.S. Zou. PRD 80,017503(2009). PRC 81,045210(2010). Puze Gao, J. J. Wu, B.S. Zou PRC 81,055203(2010) • 困难：来自确立非常好的Jp=3/2+的S*(1385)的干扰。 • 之前的实验分析中，在1380MeV附近只考虑这个粒子，而忽略了五夸克模型预言的S*(1/2-)。 在1380MeV附近用两个共振态描述实验数据是否会更好？

  11. 分析K- p →L p+ p- 实验数据 Pk=1.0-1.8 GeV J. J. Wu, S. Dulat and B. S. Zou PRD 80, 017503 93% S*(3/2+)+7% background (c2/ndf=10.1 / 9) D. O. Huwe, Phys. Rev. 181, 1824 (1969). p1是 p+ 在质心系下的三动量。 p2是p-在 S* 静止系下的三动量。 58% S*(3/2+)+ 37% S*(1/2-)+5% background (c2/ndf=3.2 / 9)

  12. Pk=0.3-0.6 GeV 59% S*(3/2+)+ 41% S*(1/2-) 100% S*(3/2+)

  13. 分析γn → K+Σ*- 光子极化数据 • 原有的理论可以很好的描述CLAS 合作组得到的 总截面和LEPS合作组得到的 反应的微分截面。 • 对于光子的极化观测量 Abeam 现有的模型无法描述。 和 分别表示光子束极化方向垂直和平行与反应平面时的总截面。 h=1.0 S(1380)1/2- h=1.11 Hicks, et.al. (LEPS), PRL102,012501(2009)

  14. 寻找 五夸克模型预言的S*(1/2-) • 在 K- p→L p+ p- 和 γn → K+ S *-的分析中，加入S*(1/2-) 都可以改善理论模型对实验数据的拟合。可能存在五夸克模型预言的质量在1380MeV附近，宽度在100MeV左右的S*(1/2-)。 • 要确立该S*(1/2-)存在，还需要更多的实验信息和理论分析。

  15. 目录 • 背景介绍 • 多夸克重子态研究 a. 寻找五夸克模型预言的 S*(1/2-) ； b.`p p a`p n p+研究； c. 超重N*和L*预言。 • 多夸克介子研究 a. a0(980)-f0(980) 混合； b. Triangle Singularity（TS）机制。 • 小结

  16. `p p g`p n p+ 研究动机 • 对于N*粒子的信息知之甚少。 • 比如对于已经确立的N*(1440)，了解也非常有限。 • 通过对于`p p g`p n p+ 的研究可知，在该反应道中可以很好的研究各种N*粒子的信息，特别是N*(1440)

  17. `p p g`p n p+ 研究方法 我们主要考虑了质子极点，D(1232)， N*(1440)，N*(1520)，和N*(1680)。因为在 pp g pnp+反应的分析中，这些粒子提供了主要贡献。 J. J. Wu, Zheng Ouyang, B.S. Zou Phys.Rev.C80:045211,2009..

  18. 清晰的N*(1440) 峰 D++不存在

  19. `p p g`p n p+的优势 • 1）在反质子入射动能为 1.55 GeV 附近时，可以细致研究 N*(1440) 共振态，并在该反应中可以寻找和研究与 Ns 耦合比较强的N*； • 2）在`pp+不变质量谱中可以研究 N*Np 耦合，而在 np+ 不变质量谱中研究 N*Ns 耦合，两者比较可以清晰给出 N* 的衰变性质； • 3）由于D++不能在该反应中出现，为研究 N* 排除了干扰。

  20. 目录 • 背景介绍 • 多夸克重子态研究 a. 寻找五夸克模型预言的 S*(1/2-) ； b. `p p a`p n p+研究； c. 超重N*和L*预言。 • 多夸克介子研究 a. a0(980)-f0(980) 混合； b. Triangle Singularity（TS）机制。 • 小结

  21. 超重N*和L*预言 模型参数 动机： 三夸克？多夸克？ 三夸克激发态 u,d,s夸克 含五夸克的重子态 方法：引入`cc 和`bb 成分，区分各种模型的预言。 分子模型： `DSc - `DLc N*(`cc ) = uud +`cc 五夸克模型： [ ud ][ uc ]`c

  22. 超重N*和L*预言 手征幺正模型 重子八重态，十重态的空间基态 共振态 束缚态 极点 T 赝标介子，矢量介子的空间基态 这里主要涉及两种模型，Valencia模型和EBAC模型。

  23. 含`cc 或`bb 的介子重子的散射势能 SU(3) SU(4) E. Oset and A. Ramos Eur. Phys. J. A 44 445(2010) J. J. Wu, R. Molina, E. Oset and B. S. Zou, PRL105, 232001; PRC 84, 015202 J. J. Wu, Lu. Zhao, B. S. Zou, PLB 709, 70

  24. 含`cc 或`bb 的介子重子的散射势能 Valencia模型中： f=93MeV是 p 的衰变常数。Cab 由 SU(4) 的CG系数得到。 E. M. Haacke, J. W. Moffat and P. Savaria J. Math. Phys. 17, 2041.

  25. 介子重子散射G函数 自由参数，取为r的质量，0.8GeV m=1GeV 减除常数am取为自由参数。

  26. 介子重子 T 矩阵 • 根据势能 V 和 G 函数，由简化的Bethe-Salpeter方程可以得到满足幺正性的T矩阵： 这是一个代数方程。

  27. 超重N*和L*预言 • 可在质心能量的复平面中寻找 T 矩阵的极点，如果存在极点就对应于共振态或者束缚态。 The pole position:

  28. 两种衰变道 这些束缚态主要有两种可能的衰变道： • 介子和重子都不含有`cc （`bb ）成分的轻介子-轻重子耦合道：如pN, hN, h’N, KN 等 • 介子含有`cc (`bb )成分，重子不含有 c(b) 成分的重介子-轻重子耦合道：J/y N, hcN, U N, hb L 这些耦合道和之前的重介子-重重子耦合道在 t 道交换中需要交换质量较重的D*或 Ds*（B*或Bs*）介子，因此对于能谱的改变很小，仅提供这些束缚态的衰变宽度。

  29. 衰变宽度

  30. 超重N*和L*预言 • 可在质心能量的复平面中寻找 T 矩阵的极点，如果存在极点就对应于共振态或者束缚态。 The pole position:

  31. EBAC 模型

  32. EBAC 模型 在分波振幅下的势能:

  33. EBAC模型 分波振幅 T 矩阵可以通过解简化到三维的BS方程来得到： J. J. Wu, T.-S. H. Lee and B. S. Zou, PRC 85,044002(2012)

  34. Valencia 模型 VS EBAC 模型 `DSc 4269MeV 4301-4318MeV

  35. 各种模型的比较 • 现有五种模型来计算超重核子激发态。 Valencia 模型： J. -J.Wu, R. Molina, E. Oset and B. S. Zou, PRL 105, 232001 ； PRC 84, 015202 J. -J. Wu, Lu Zhao and B. S. Zou, PLB 709, 70 EBAC模型： J. -J. Wu, T. -S. H. Lee and B. S. Zou, PRC 85, 044002 手征夸克模型-共振群方法： W. L.Wang, F. Huang, Z. Y. Zhang, B. S. Zou, PRC 84, 015203 (2011). 薛定谔方程： Z. -C.Yang, Zhifeng Sun, J. He, X. Liu, S. -L. Zhu, [arXiv:1105.2901 [hep-ph]]. 五夸克态模型： S. G. Yuan, K. W. Wei, J. He, H. S. Xu and B. S. Zou, Eur.Phys.J. A48 (2012) 61.

  36. 各种模型的比较 • 五种模型都得到基本一致的结果。只比较在PB系统含`cc 的核子激发态。 • Valencia 模型： 4240 – 4290MeV • EBAC模型： 4301 – 4318 MeV （2.0 - 0.8 GeV） • 手征夸克模型-共振群方法： 4279 – 4316 MeV • 薛定谔方程： 4302 – 4318 MeV （2.2 - 1.6 GeV） • 五夸克态模型： 4267, 4023 , 4089 MeV 色磁 , 味道自旋 , INST. 所有模型都预言存在这种超重核子激发态，质量都在 4.3 GeV左右。

  37. 我们找到了 12 个共振态。 所有这些束缚态都含有`cc 和`bb 成分。质量在4.3 GeV和11 GeV 附近。形成了两个N*和L*的超重重子岛。 • 这些共振态有两种衰变道: 轻介子 含`cc /`bb 介子 轻重子 轻重子 `cc ~10 / ~0.1MeV ~20 / ~5MeV `bb ~0.2MeV ~0.5MeV 这些高质量，窄宽度的N*和L*的一定超越了传统的三夸克模型。

  38. 新实验数据 Bell 实验的反应 arXiv: 1105.4583 • U(5s) gU(ns)p+p-􀀀PRL 108,122001(2012) • U(5s) g hb(mp)p+p- • Zb(10610)和Zb(10650) • [`du ] [`bb ] [`ud ] [`bb ] • 核子激发态 [ uud ] [`cc ] [ uud ] [`bb ]

  39. 在`pp 和 ep 散射中超重核子激发态产额的预言 强烈建议在实验中寻找含有`cc 或`bb 成分的核子和超子激发态！ • 德国 PANDA 实验组即将进行 15 GeV的反质子束流轰击质子实验，动力学可产生质量小于4538 MeV的重子。 • 美国 Jefferson 国家实验室即将升级 12 GeV 的电子轰击质子，可产生质量小于 4899 MeV的重子

  40. 在`pp 超重核子激发态产额的预言 `pp ghc`pp 2—70nb L=1030cm-2s-1 ~ 9000/天 `pp g J/y`pp 0.01—2nb ~ 90/天

  41. 在 ep超重核子激发态产额的预言 epg J/y e p ~4 nb

  42. 我们预言了超重核子激发态在`pp 和 ep 散射中的产额： • `p pghc`p p 2 — 70nb • `p pgJ/y`p p 0.008 — 2 nb • e pgJ/y e p ~4 nb 期待实验中能够寻找到这些超重核子激发态和超子激发态。

  43. 目录 • 背景介绍 • 多夸克重子态研究 a. 寻找五夸克模型预言的 S*(1/2-) ； b. `p p a`p n p+研究； c. 超重N*和L*预言。 • 多夸克介子研究 a. a0(980)-f0(980) 混合； b. Triangle Singularity（TS）机制。 • 小结

  44. 目录 • 背景介绍 • 多夸克重子态研究 a. 寻找五夸克模型预言的 S*(1/2-) ； b. `p p a`p n p+研究； c. 超重N*和L*预言。 • 多夸克介子研究 a. a0(980)-f0(980) 混合； b. Triangle Singularity（TS）机制。 • 小结

  45. 最轻标量介子的各种模型解释 `q2q2 nonet 标量介子 `qq 3P1nonet [`u`d ][ u d ] s(600) `uu +`dd a0(980) `uu -`dd [`u`s ][ u s ]-[`d`s ][ d s ] f0(980) `ss [`u`s ][ u s ]+[`d`s ][ d s ] `sd /`su [`s`u ][ u d ] k(800) `KK Molecule Model a0(980)`K K+K`K f0(980)`K K-K`K

  46. a0(980)-f0(980) 混合的理论解释 a0(980)-f0(980) 混合的振幅： N.N.Achasov, G.N.Shestakov, PRL 92,182001 (2004) 宽度为8MeV的窄峰

  47. 两种混合 这里有两种混合类型： f0(980)aa0(980)和 a0(980)af0(980)

  48. xaf和 xfa比较 • 两个结论： 1. 两种混合的强度在同一组参数下值是不相同的。 2. 两组不同的参数可以得到相似的xfa而不同的xaf。两种混合强度对于参数的约束不同。 • 最好 能够同时测量 xaf 和 xfa。 Jia-Jun Wu, B.S. Zou Phys.Rev.D78:074017,2008

  49. 不同的模型和间接实验中的混合强度 四组间接实验 四种模型 直接测量a00(980)-f0(980)混合强度对于区分各种模型很有意义。

  50. J/yga0(980)f • 同位旋禁戒反应 J/yga0(980)f 的三种机制： 电磁衰变 ： J/ygg*ga0(980)f 2.59*10-7 强衰变： J/ygK*K+c.c.aa0(980)f 10-6~10-5 • J/ygf0(980)faa0(980)f 2.0*10-6 J.J. Wu， Qiang Zhao and B. S. Zou PRD 75, 114012 (2007)

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